El CERN anuncia el descubrimiento del 'odderón', teorizado hace medio siglo

El Centro Europeo de Física de Partículas (CERN) anunció hoy el descubrimiento del odderón, una rara combinación de tres partículas fundamentales llamadas gluones que había sido mencionada en teorías hace casi 50 años pero que no había podido identificarse hasta ahora en condiciones reales.

El descubrimiento, presentado la pasada semana en un encuentro en el centro de investigación con sede en Ginebra, se ha logrado con la colaboración del colisionador Tevatron de Estados Unidos, que hasta la construcción del LHC del CERN fue el mayor del mundo.

El hallazgo "prueba las más profundas ideas de la teoría cuántica de la cromodinámica, sobre todo la que define que los gluones interactúan entre ellos y que un número impar de ellos pueden ser 'incoloros' y con ello ocultar sus interacciones', destacó el portavoz del CERN Simone Giani en un comunicado.

Probar la existencia del odderón ha sido un gran desafío para la cromodinámica desde que se teorizara con él en 1973.

Noticia del CERN

La colaboración TOTEM en el LHC, en colaboración con la colaboración DØ en el antiguo colisionador Tevatron en Fermilab, ha anunciado el descubrimiento del odderon, un estado esquivo de tres gluones predicho hace casi 50 años. El resultado se presentó en una "charla de descubrimiento" el viernes 5 de marzo durante la reunión LHC Forward Physics en el CERN, y sigue a la publicación conjunta de una preimpresión CERN / Fermilab por TOTEM y DØ que informan de la observación en diciembre de 2020.

Este resultado prueba las características más profundas de la cromodinámica cuántica.

“Este resultado prueba las características más profundas de la cromodinámica cuántica, en particular que los gluones interactúan entre sí y que un número impar de gluones pueden ser 'incoloros', protegiendo así la fuerte interacción”, dice la portavoz de TOTEM Simone Giani del CERN. "Una característica notable de este trabajo es que los resultados se producen al unir los datos del LHC y Tevatron a diferentes energías".

Los estados que comprenden dos, tres o más gluones generalmente se denominan "bolas de pegamento" y son objetos peculiares hechos solo de los portadores de la fuerza fuerte. El advenimiento de la cromodinámica cuántica (QCD) llevó a los teóricos a predecir la existencia del odderon en 1973. Sin embargo, demostrar su existencia ha sido un gran desafío experimental, que requiere mediciones detalladas de protones cuando se desprenden entre sí en colisiones de alta energía.

Si bien la mayoría de las colisiones de alta energía hacen que los protones se rompan en sus quarks y gluones constituyentes, aproximadamente el 25% son colisiones elásticas donde los protones permanecen intactos pero emergen en caminos ligeramente diferentes (desviándose alrededor de un milímetro en una distancia de 200 m en el LHC) . TOTEM mide estas pequeñas desviaciones en la dispersión protón-protón (pp) usando dos detectores ubicados a 220 m a cada lado del experimento CMS, mientras que DØ empleó una configuración similar en el colisionador protón-antiprotón (pp¯) Tevatron.

A bajas energías, las diferencias en la dispersión pp vs pp¯ se deben al intercambio de diferentes mesones virtuales. En energías multi-TeV, por otro lado, se espera que las interacciones de protones estén mediadas puramente por gluones. En particular, la dispersión elástica con baja transferencia de momento y altas energías se ha explicado durante mucho tiempo por el intercambio de un pomerón, una bola de pegamento virtual de color neutro formada por un número par de gluones.

Sin embargo, en 2018 TOTEM informó mediciones a altas energías que no podrían explicarse fácilmente con esta imagen tradicional. En cambio, otro objeto QCD parecía estar en juego, apoyando modelos en los que se intercambiaba un compuesto de tres gluones, o uno que contenía un número impar de gluones más alto. La discrepancia salió a la luz a través de mediciones de un parámetro llamado ?, que representa la proporción de las partes real e imaginaria de la amplitud de dispersión elástica hacia adelante cuando hay un intercambio mínimo de gluones entre los protones en colisión y, por lo tanto, casi ninguna desviación en sus trayectorias. Los resultados fueron suficientes para reclamar evidencia para el odderon, aunque aún no su observación definitiva.

El experimento D?

El experimento DØ en el antiguo colisionador Tevatron de Fermilab. Crédito: Fermilab

El nuevo trabajo se basa en un análisis de datos independiente del modelo en la transferencia de momentos de rango medio. Los equipos TOTEM y DØ compararon los datos de pp del LHC (registrados a energías de colisión de 2,76, 7, 8 y 13 TeV y extrapolados a 1,96 TeV), con los datos de pp¯ de Tevatron medidos a 1,96 TeV. Se esperaría que el odderon contribuya con diferentes signos a la dispersión pp y pp¯. Respaldando esta imagen, los dos conjuntos de datos no están de acuerdo en el nivel 3.4s, lo que proporciona evidencia del intercambio del canal t de un compuesto gluónico impar de C incoloro.

"Cuando se combina con el ? y el resultado de la sección transversal total a 13 TeV, la significancia está en el rango de 5.2-5.7s y, por lo tanto, constituye la primera observación experimental del odderon", dijo Christophe Royon de la Universidad de Kansas, quien presentó los resultados. en nombre de DØ y TOTEM la semana pasada. "Este es un gran descubrimiento del CERN / Fermilab".

Además del nuevo estudio independiente del modelo TOTEM-DØ, varios artículos teóricos basados ??en datos de ISR, SPS, Tevatron y LHC, y entradas dependientes del modelo, proporcionan evidencia adicional que respalda la conclusión de que el odderon existe.