這聽(tīng)起來(lái)像是一個(gè)非常糟糕的物理謎題開(kāi)始：“我是一個(gè)實(shí)際上不是粒子的粒子，我在還沒(méi)被發(fā)現(xiàn)之前就消失了，但卻被看見(jiàn)了”。

我打斷了你對(duì)物理學(xué)的理解，但沒(méi)有徹底改變你的知識(shí)，請(qǐng)問(wèn)我是誰(shuí)？（看完這句是不是很迷？不急，待“博科園”為你慢慢道來(lái)）它是一種奇特的粒子，比它的名字所暗示的更加奇特，而且它可能在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上被探測(cè)到。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是目前世界上最強(qiáng)大的粒子加速器，粒子以接近光速的速度繞著瑞士日內(nèi)瓦附近一個(gè)17英里(27公里)長(zhǎng)的環(huán)飛馳。

博科園-科學(xué)科普：首先，“odderon”并不是真正的粒子，我們所認(rèn)為的粒子通常是非常穩(wěn)定的：電子、質(zhì)子、夸克、中微子等。你可以把它們拿在手里，隨身攜帶，比如你的手真就是由它們組成，你的手不會(huì)很快消失在稀薄的空氣中，所以我們可以放心地假設(shè)基本粒子是長(zhǎng)期存在的。還有一些粒子不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，但仍然被稱為粒子。盡管它們的壽命很短，但它們?nèi)匀皇橇Ｗ?。它們是自由、?dú)立的，能夠獨(dú)立存在，不受任何相互作用的影響——這就是真實(shí)粒子的特征。

然后是所謂的準(zhǔn)粒子，它只比非粒子高一步，準(zhǔn)粒子并不完全是粒子，但也不完全是虛構(gòu)的，只是…太復(fù)雜了。就像，字面上的復(fù)雜。特別是，粒子在超高速下的相互作用變得復(fù)雜。當(dāng)兩個(gè)質(zhì)子以接近光速相互撞擊時(shí)，就不像兩個(gè)臺(tái)球撞在一起。這更像是兩團(tuán)水母互相搖晃著，它們的內(nèi)臟翻了個(gè)底朝天，所有的東西都重新排列好了，然后在它們出來(lái)的時(shí)候變成水母。在所有這些復(fù)雜的混亂中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)奇怪的模式。微小粒子在眨眼間就會(huì)出現(xiàn)或消失，隨之而來(lái)的是另一個(gè)稍縱即逝的粒子。有時(shí)這些“閃光”的粒子出現(xiàn)在一個(gè)特定序列或模式。

有時(shí)甚至根本不是粒子的閃光，而僅僅是碰撞混合物中的振動(dòng)——表明存在瞬態(tài)粒子的振動(dòng)。正是在這里，物理學(xué)家們面臨著數(shù)學(xué)難題，他們要么試圖全面描述導(dǎo)致這些泡狀圖案的所有復(fù)雜混亂，要么假裝（純粹是為了方便）這些圖案本身就是“粒子”，但具有一些奇怪的性質(zhì)，比如負(fù)質(zhì)量和自旋隨時(shí)間而變化。物理學(xué)家選擇后者，準(zhǔn)粒子就這樣誕生了。準(zhǔn)粒子是在高能粒子碰撞過(guò)程中出現(xiàn)短暫的、冒泡的模式或能量波紋。但由于需要大量的跑腿工作才能從數(shù)學(xué)上完全描述這種情況，物理學(xué)家們走了一些捷徑，假裝這些模式是他們自己的粒子。

這樣做只是為了讓數(shù)學(xué)更容易處理。所以準(zhǔn)粒子就像粒子一樣被對(duì)待，盡管它們肯定不是。這就像假裝你叔叔的笑話很有趣，純粹為了方便起見(jiàn)，假裝很有趣。于20世紀(jì)70年代預(yù)測(cè)一種特殊準(zhǔn)粒子被稱為odderon，人們認(rèn)為，當(dāng)奇夸克(構(gòu)成物質(zhì)的微小粒子)在質(zhì)子和反質(zhì)子碰撞過(guò)程中短暫地閃進(jìn)閃出時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。如果在這個(gè)碰撞場(chǎng)景中出現(xiàn)了奇偶體，那么粒子與它們自己和它們的反粒子之間碰撞的橫截面(物理學(xué)術(shù)語(yǔ)，指一個(gè)粒子與另一個(gè)粒子碰撞的容易程度)將會(huì)有細(xì)微差別。

例如，如果把一堆質(zhì)子撞在一起，可以計(jì)算出相互作用的橫截面。然后，可以在質(zhì)子-反質(zhì)子碰撞中重復(fù)。在一個(gè)沒(méi)有奇夸克的世界里，這兩個(gè)橫截面應(yīng)該是相同的。但是，奇偶子改變了這種情況——這些我們稱為奇偶子的簡(jiǎn)短模式在粒子-粒子碰撞中比反粒子-反粒子碰撞中表現(xiàn)得更有利，而反粒子-反粒子碰撞會(huì)稍微改變橫截面。問(wèn)題是，這種差異被預(yù)測(cè)為非常非常小，所以你需要大量的事件，或碰撞，才能聲稱發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)在，如果我們有一個(gè)巨大的粒子對(duì)撞機(jī)，它能有規(guī)律地把質(zhì)子和反質(zhì)子撞在一起，并且以如此高的能量，如此頻繁地撞擊，就能得到可靠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

在3月26日《arXiv》上發(fā)表的一篇最新論文中，TOTEM Collaboration 報(bào)告了質(zhì)子撞擊其他質(zhì)子和質(zhì)子撞擊反質(zhì)子的橫截面之間的顯著差異。要解釋這種差異，唯一的方法就是重現(xiàn)這個(gè)幾十年前就存在的關(guān)于odderon概念。對(duì)于這些數(shù)據(jù)可能還有其他的解釋(換句話說(shuō)，其他形式的外來(lái)粒子)，盡管看起來(lái)很奇怪。是否發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于宇宙的新奇事物？肯定的，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的粒子嗎？不，因?yàn)槠孀邮菧?zhǔn)粒子，而不是粒子本身。它還能幫助我們突破已知物理的界限嗎？肯定的。它是否打破了已知的物理學(xué)？不，因?yàn)樵谖覀兡壳暗睦斫庵?，預(yù)測(cè)會(huì)存在奇夸克。你覺(jué)得這一切有點(diǎn)奇怪嗎？

博科園-科學(xué)科普｜文:?Paul Sutter/Live Science

參考期刊文獻(xiàn):《arXiv》

Cite: arXiv:1903.06992

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