È noto che i protoni contengono quark e gluoni. Ma i gluoni si comportano come previsto?

Scienziati del TOTEM (Totale, misurazione della sezione trasversale elastica e diffrattiva) la collaborazione potrebbe aver trovato prove indirette di un composto gluonico subatomico nelle collisioni protone-protone. Teorizzato per la prima volta negli anni '70, un tale stato, poi soprannominato "Odderon, " consiste in un numero dispari di gluoni.

Generalmente, i protoni che si scontrano nell'LHC si frantumano e creano nuove particelle. A volte però, in circa il 25% del tempo, sopravvivono intatti all'incontro. Invece di fare a pezzi, cambiano solo la loro direzione ed emergono dal rivelatore ad angoli molto piccoli rispetto al fascio di luce - la loro deviazione a una distanza di 200 metri è dell'ordine di un millimetro. Questo tipo di interazione è chiamato "diffusione elastica" ed è la specialità di TOTEM, L'esperimento più lungo del CERN. Per essere in grado di rilevare i protoni sopravvissuti, i suoi rivelatori sono sparsi per quasi mezzo chilometro intorno al punto di interazione del CMS.

I quark nel protone sono legati da gluoni, i portatori della forza forte. I fisici hanno spiegato con successo lo scattering elastico al trasferimento a basso momento e ad alte energie con lo scambio di un "Pomeron, " che nel linguaggio moderno è uno stato di due gluoni uniti.

TOTEM ha misurato con precisione il processo di diffusione elastica a 13 TeV per estrarre la probabilità totale di collisioni protone-protone e il cosiddetto parametro rho che aiuta a spiegare la differenza nella diffusione protone-protone e antiprotone-protone.

Combinando queste due misurazioni, TOTEM trova miglior accordo con i modelli teorici che indicano lo scambio di tre gluoni aggregati. Sebbene questo scambio sia stato previsto dalla teoria della Cromodinamica Quantistica (QCD) negli anni '80, nessuna prova sperimentale era stata presentata fino ad oggi.

Le misurazioni suggeriscono anche un rallentamento della probabilità totale di dispersione con l'energia. Sebbene in qualche modo previsto alla massima energia, non vi è stata alcuna indicazione di tale effetto nei dati precedenti.

"Queste misurazioni esplorano per la prima volta il comportamento dei protoni nelle interazioni elastiche alla massima energia di 13 TeV. Questi risultati ottenuti con una precisione record sono stati resi possibili dalle eccellenti prestazioni dei rivelatori TOTEM e dalle eccezionali capacità del Large Hadron Collider , " ha osservato Simone Giani, il portavoce TOTEM.

Se tre gluoni formassero davvero un composto, dovrebbe apparire in altri esperimenti di dispersione. I fisici sono quindi in attesa di esperimenti dedicati per stabilire se un tale composto si sta effettivamente formando. Per approfondire e confermare le interpretazioni teoriche, uno speciale protone LHC eseguito a un'energia di 900 GeV è previsto nel 2018 per raccogliere più dati e coinvolgerà anche altri esperimenti LHC.