“三重胶球”48年终被发现，为什么质子碰撞会产生奇数子？

　　从未见过的粒子在两个粒子对撞机的热肠中崭露头角，证实了一个有半个世纪（48年）历史的理论。

　　科学家们在1973年预测了这种被称为odderon的粒子的存在，并称其为三种被称为胶子的较小粒子的罕见的短暂结合（三重胶球）。从那以后，研究人员一直怀疑质子以极快的速度撞击在一起时，可能会出现这种信息，但使它成真的确切条件仍然是个谜。现在，在比较了大型强子对撞机（LHC）的数据之后，这是日内瓦附近的17英里长（27公里）的环形原子粉碎机，该设备以发现希格斯玻色子而闻名，而Tevatron现已不复存在3.9英里研究人员报告说，长达6.3公里的美国对撞机在伊利诺伊州一起撞击了质子及其反物质双胞胎（反质子），直到2011年。

　　寻找奇数子

　　他们是如何找到奇数子的：在这些粒子碰撞之后，科学家们观察了一下发生了什么。他们认为，质子-质子碰撞和质子-反质子碰撞中，奇数子的出现速率略有不同。这种差异将在其他质子弹起的质子频率与反质子弹起的质子频率之间出现轻微的不匹配，从而显示出来。

　　大型强子对撞机和Tevatron碰撞发生在不同的能级上。但是，这篇新论文的研究人员开发了一种数学方法来比较他们的数据。它产生了这张图，他们称之为“金钱图”

　　代表质子-反质子碰撞的蓝线与代表质子-质子碰撞的红线并不完全对齐。这种差异就是奇数的显着迹象——以5 sigma的统计显着性证明，这意味着在不涉及奇数的情况下随机出现的这种效应的几率将为350万分之一。

　　为什么质子碰撞会产生奇数子

　　那么，什么是奇数子？从根本上讲，它们是三种“粘性”颗粒（称为胶子）的罕见组合。

　　质子不是基本的不可分割的粒子。相反，它们是由三个夸克和许多胶子构成的。这些夸克是亚原子世界的沉重打击者，相对笨重，负责构成质子和中子的质量（进而占大部分原子的质量）和电磁电荷。但是胶子起着同样重要的作用：它们携带着强大的力，这是宇宙的四个基本力之一，负责将夸克“胶合”在一起成为质子和中子，然后将这些质子和中子束缚在原子核内。

　　当质子在类似于LHC的粒子对撞机内以超高能量碰撞时，它们会破碎成碎片的时间约为75％。剩下的25％的时间里，它们像台球桌上的台球一样互相反弹。在这种情况下（称为弹性散射的过程），质子在碰撞中得以幸存。物理学家认为这是可能的，因为质子交换了两个或三个胶子。在短暂的接触点上，那组胶子从一个质子的内部移动到另一个质子的内部。

　　堪萨斯大学物理学家克里斯托弗·罗永（Christophe Royon）说：“在高能物理学中，当两个质子相互作用，或者一个质子和一个反质子相互作用时，我们总是交换一些粒子。” “在大多数情况下，它将是一种胶子。”

　　质子-质子碰撞和质子-反质子碰撞都必须交换粒子，这是因为揭示了这两种交换类型之间的细微差别，从而揭示了质子。

　　有时，在碰撞过程中会出现一种称为胶球的准状态，即一对或三对胶子。科学家们已经证实了双胶球的存在，但这是他们第一次有把握地观察到称为“orderon”的三胶球，预计在1973年会存在。

　　这些胶球由于称为色的性质而使质子保持完整。颜色（和反颜色）类似于正负电磁电荷-它们控制夸克和胶子在系统中比电磁学复杂得多的系统相互吸引或排斥，而电磁学被称为量子色动力学。夸克和胶子可以分为红色，绿色或蓝色三种电荷之一。红色，绿色和蓝色的组合被称为“白色”，因此是平衡的。

　　同时，反夸克具有反颜色——反红色，反绿色和反蓝色，与它们的反色抵消，从而形成稳定，平衡的白色电荷。胶子既有颜色又有反颜色。

　　但是单个胶子总是颜色和反颜色的不稳定混合物:蓝色和反绿色，或者红色和反蓝色，等等。“每个胶子都带有一种颜色和一种反颜色。而且(这些胶子)不喜欢独处。”罗扬说。 当单个胶子进入新的质子时，它会抓住其他粒子-构成质子的夸克和胶子。单一胶子试图与平衡其颜色和反色的颗粒配对。但是质子内部的颜色已经处于平衡状态，外来的不稳定胶子的进入破坏了质子的内部平衡，引发了一系列将颗粒撕裂的事件。这就是质子破碎时75％的碰撞中发生的情况。

　　但是在四分之一的情况下，质子相互反弹而不是碎裂，这表明胶子交换涉及到一个“双重胶球”或“三重胶球”(odderon)，因此它没有破坏质子的内部平衡。双重胶球有其自身的内部平衡。它们的颜色和反色电荷相匹配，并且很容易从一个质子滑到另一个质子，而不会撕裂它们。1973年，研究人员表明，从理论上讲，三个胶子应该能够形成“三重胶球”，其中红色，绿色和蓝色彼此平衡。他们称那个粒子为奇数子。

　　胶子和多胶子交换发生在最极端能量的短暂时刻。到目前为止，还没有人看到或直接检测到一个odderon(或者说是双胶球，尽管它的存在已经被间接证实了)。

　　Stony斯托尼布鲁克天体物理学家保罗·萨特在2019年说：“odderon的探测不会改变物理学的面貌，当时研究人员首次发现了该粒子的可能证据。”萨特和许多其他研究人员认为，它根本不是一个真正的粒子，而是一个准粒子，因为它只不过是较小粒子的临时排列。Royon说：“这一发现很重要，因为它证实了粒子物理研究人员在1973年用来预测odderon存在的基本思想是正确的。”