怎麼回事？物理學家檢測到了一個不是粒子的「粒子」？

這聽起來像是一個非常糟糕的物理謎題開頭：我是一個粒子，但實際上我又不算是;我在還沒有被檢測之前就消失了，但我卻可以被看見。我打破了你對物理學的理解，但是又沒有徹底改變你的知識。那我到底是誰?

這就是odderon粒子，這種粒子比它的名字所暗示的還要更加奇特。它最近可能在大型強子對撞機上被探測到(大型強子對撞機是最強大的原子加速器，粒子以接近光速的速度繞著瑞士日內瓦附近一個17英里長的環運動)。

非常複雜的粒子

首先，odderon並不是真正的粒子。我們所謂的粒子通常是非常穩定的，例如電子、質子、夸克、中微子等等，你可以把它們拿在手裡隨身攜帶，甚至就連你的手也是由它們組成的，但你的手不會很快地消失在空氣中，所以我們可以放心地假設組成你的手的基本粒子是長期存在的。

但也有一些不會持續存在很長時間，但仍然被稱為粒子的微粒。雖然它們的壽命很短，但它們仍然是粒子，它們是自由的、獨立的，能夠獨自存在，不受任何相互作用的影響——這就是真正粒子的特徵。

然後還有所謂的准粒子，它只比非粒子距離粒子近那麼一點點。准粒子並不完全算是粒子，但也不完全算是虛構的粒子，反正…就是很複雜。

特別是粒子在超高速下的相互作用的時候，它們的表現會變得尤其複雜。當兩個質子以接近光速相互撞擊時，它們不是像兩個撞球撞在一起一樣，它們更像是兩團水母互相搖晃著撞在一起，在撞擊的過程中它們的內臟會被撞得七零八落，然後再重新排列變回水母。

准粒子?

在所有這些複雜的混亂中有時會出現奇怪的模式。微小的粒子在眨眼間就會出現或消失，隨之而來的是一個又一個稍縱即逝的粒子。有時這些稍瞬即逝的粒子閃光會以一個特定的序列或模式出現，但有時候出現的甚至根本就不是粒子的閃光，僅僅只是碰撞混合物中的振動——表明存在瞬態粒子的振動。

而正是在這裡，物理學家們面臨著一個數學難題。他們完全可以嘗試描述所有導致這種興奮模式的複雜混亂狀態，或者他們也可以假裝——純粹是為了方便——這些模式是「粒子」本來的樣子，並且假裝這種「粒子」還有著奇怪的屬性，比如負質量和隨時間變化的自旋。

物理學家們選擇了後者，於是准粒子就這樣誕生了。准粒子是在高能粒子碰撞過程中出現的短暫的興奮模式或能量波紋。但由於從數學上完全描述這種情況需要大量的工作，所以物理學家們走了點捷徑，假裝這些模式就是它們自己的粒子，但這樣做只是為了在數學上更容易處理。所以，儘管准粒子肯定不是粒子，它們也被當作粒子一樣對待。

這就像假裝你叔叔講的笑話很有趣，我們純粹是為了方便起見才假裝他的笑話「准」有趣。

中和幾率

一種特殊的准粒子被稱為odderon，早在20世紀70年代，人們就已經預言了它的存在。人們認為，當奇數個夸克(構成物質的微小粒子)在質子和反質子碰撞過程中短暫地閃進閃出時，准粒子就會出現。如果在這個碰撞場景中出現了odderon，那麼粒子與它們自己和它們的反粒子之間的碰撞截面(物理學術語，指一個粒子與另一個粒子碰撞的容易程度)將會有細微的差別。

例如，如果我們把一堆質子撞在一起，我們可以計算出這個碰撞的碰撞截面，然後，我們可以在質子-反質子碰撞中重複這個計算。在一個沒有odderon的世界裡，這兩個橫截面應該是相同的。但是，odderon的出現改變了這種情況——這些我們稱為odderon的短暫模式似乎在粒子-粒子碰撞中比反粒子-反粒子碰撞中表現得更友好，在反粒子-反粒子碰撞中，odderon會稍微改變碰撞截面。

問題是，這種差異被預測為非常非常小，所以你需要大量的事件(或碰撞)才能支持這樣的發現。

現在，如果我們有一個巨大的粒子對撞機，並且它能頻繁而有規律地以高能量進行質子和反質子碰撞實驗的話，我們就能得到可靠的統計數據。哦，對了，我們也確實有這樣的儀器：大型強子對撞機。

在3月26日一篇發表在arXiv預印本伺服器上的論文中，TOTEM 合作團隊(在高能物理的滑稽的術語縮寫，TOTEM 代表「大型強子對撞機的總截面、彈性散射和衍射離解測量，TOTal cross-section, Elastic scattering and diffraction dissociation Measurement at the LHC」)報道，質子間碰撞實驗的碰撞截面與質子-反質子碰撞實驗的碰撞截面之間存在巨大的差異，而要解釋這種差異，唯一的方法就是重拾這個幾十年前就已經存在的odderon概念。對於這些數據雖然可能還有其他的解釋(換句話說，其他形式的奇異粒子)，但儘管看起來很奇怪，odderon似乎才是最好的選擇。

TOTEM 是否發現了一些關於宇宙的新奇事物?這是肯定的。TOTEM 發現了一個全新的粒子嗎?這倒沒有，因為odderon是准粒子，而不是真正的粒子。它還能幫助我們進一步拓展已知物理的界限嗎?這是肯定的。那它是否打破了已知的物理學?這也沒有，因為我們已經在目前的理解中預測到odderon的存在。

這一切是不是很奇怪?

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！