科学者たちは、長年待ち望まれていたオデロンの発見を喜んでいる。これは、粒子加速器内など、高エネルギーで陽子が衝突する際に稀にしか現れない奇妙な現象である。オデロンの存在は1970年代初頭に初めて予測されていたが、物理学者たちが欧州原子核研究機構（CERN）の大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で真の発見を裏付けるために必要なデータをようやく集めたのはつい最近のことだ。
この発見は、宇宙のあらゆる物質が最小レベルでどのように相互作用するかについての物理学者の理解に貢献するものです。2012年に正式に発見された有名なヒッグス粒子とは異なり、オデロンは厳密には粒子ではありません。これは、陽子（または陽子とその反物質である反陽子）が激しく衝突した際に、陽子間で交換される3つのグルーオンの複合体の名称です。グルーオンは、クォークと呼ばれる他の粒子を「接着」することからその名が付けられました。クォークは、私たちがよく知る原子を構成する陽子や中性子のような、より大きな粒子を構成する小さな粒子です。
グルーオンは奇妙なことに、単独でいることを好まない。ほとんどの場合、一緒にいる。グルーオンの数が偶数（2、4など）の場合、ポメロンと呼ぶ。グルーオンの数が奇数（3、5など）の場合、ご想像の通り、オデロンと呼ぶ。オデロンは、謎めいた理由から非常に稀にしか生成されず、数十年にわたってその兆候は現れたものの、確実に存在すると断言できるほどの証拠はなかった。しかし、量子物理学の一般的な理論ではオデロンが存在するはずとされているため、科学者たちはオデロンの探索を続けてきた。
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今月初め、国際的な物理学者チームが、そのデータが「ファイブシグマ」と呼ばれる統計的有意水準に達したと発表しました。これは、ほとんどの科学者が99.999%以上の確率で発見ができたと認める閾値です。物理学者たちは、粒子加速器の中を覗き込めばオデロンが微笑み返ってくるような単純なものではありません。彼らは、陽子と反陽子が検出器の壁にぶつかる際に記録される膨大な量のデータを調べなければなりません。
これらすべてのデータをCDに詰め込んで重ねれば、「地球と月の間の距離よりも長い距離をカバーできる」と、今回の研究チームの一員であるカンザス大学の物理学・天文学教授、クリストフ・ロワイヨン氏は述べた。「膨大な量のデータを収集することになります。そして、その膨大なデータの中から、自分にとって興味深いものを特定するために、分析を行う必要があります。」
陽子と反陽子が衝突した後に検出器に当たる位置は、研究者たちに衝突時に粒子がどのように相互作用したかを伝えます。物理学者たちは、何百万回もの衝突の記録を整理し、彼らが見ている現象はオデロンが存在する場合にのみ説明できると自信を持って言えるだけの十分なデータポイントを探しています。もし彼らが何年もこの研究を続けてもオデロンの証拠が見つからなければ、彼らは設計図に戻って宇宙の仕組みに関する新しい理論を考案しなければなりません。
幸いなことに、研究者たちはCOVID-19パンデミックによって対面での作業が中断される前に、素粒子加速器から結果を集めることができ、その後はデータ解析をリモートで行うことができました。しかし、まだ一緒に祝うことができていません。
「コロナ禍で、ちょっと大変ですね。みんな在宅勤務ですしね」とロヨンさんはビデオ通話で語った。「でも、日常に戻ったら、パーティーを開くのはいいことだと思います」
この研究では、データセットを綿密に比較しました。データセットは、イリノイ州フェルミ国立加速器研究所の現在は閉鎖されているDØ実験で10年前に作成されたものと、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のTOTEM実験で2015年、2019年、2020年（パンデミックによるロックダウン前）に取得されたものです。フェルミ国立研究所の実験では陽子と反陽子の衝突が観測され、LHCの研究では陽子同士の衝突が観測されました。この2つの異なる衝突型加速器のデータを比較することで、研究者たちはオッデロンの存在を確信することができました。
世界各国の研究者が参加する研究チームは、昨年、何か大きな発見があったと確信していたものの、発表を急ぎたくなかった。論文を発表する前に、この分野の独立した研究者たちに、研究に潜在的なバイアスや問題がないか確認するよう依頼した。この論文は現在、CERNとフェルミ国立加速器研究所によってプレプリントとして公開され、Physical Review Letters誌に投稿されている。
「オデロンは、ほぼ半世紀前になされた強い相互作用の理論による確固たる予測です」と、オハイオ州立大学の物理学者ユーリ・コフチェゴフ氏は述べた。コフチェゴフ氏は今回の研究には関わっていない。「同時に、数十年にわたって実験による検出を逃れてきました。もしDØとTOTEMによる新たな結果が正しいとすれば、オデロンがついに発見されたことを示唆することになる可能性が高いでしょう。」
コフチェゴフ氏は電子メールで、この論文は「オデロンの存在を証明する最初の確固たる実験的証拠であるようだ」と述べたものの、さらなる実験によるこの発見の裏付けを望んでいると述べた。ニューヨークに建設され、2030年代初頭に運用開始予定の大型新実験施設、電子イオン衝突型加速器（Electron-Ion Collider）が、オデロンに関する長年の疑問に答えてくれるかもしれないとコフチェゴフ氏は述べた。
ロヨン氏も、オデロンの研究はまだ終わっていないことに同意する。「これで終わり、満足だ、終わった、完了だと言って終わらせるものではありません」と彼は言う。「物理学において、何か新しい発見をすると、それは通常、全く新しい領域への扉を開くことになるのです。」
