Sökningen minskar efter en mystisk form av materia som förutsägs av Einsteins teori om speciell relativitet. Efter mer än ett decennium av tittande tror forskare vid världens största partikelcollider att de är på väg att hitta den.
Men forskarna letar inte i de exploderade tarmarna av partiklar som krossas i nästan lätt hastighet.
Istället letar fysiker vid Large Hadron Collider (LHC), en ring på 17 mil (27 kilometer) som ligger begravda under jorden nära gränsen mellan Frankrike och Schweiz, efter den saknade saken, kallad ett färgglaskondensat, genom att studera vad som händer när partiklar kollidera inte, utan zoomar istället förbi varandra i nästan miss.
I standardmodellen för fysik, teorin som beskriver djurparken för subatomära partiklar, hålls 98% av det synliga materialet i universum samman av grundläggande partiklar som kallas gluoner. Dessa lämpligt namngivna partiklar är ansvariga för kraften som limmar samman kvarks för att bilda protoner och neutroner. När protoner accelereras till nära ljusets hastighet inträffar ett konstigt fenomen: Koncentrationen av gluoner inom dem skyrockets.
"I dessa fall delade gluoner sig i par gluoner med lägre energier, och sådana gluoner delade sig därefter, och så vidare," sade Daniel Tapia Takaki, lektor i fysik och astronomi vid University of Kansas, i ett uttalande. "Vid någon tidpunkt når uppdelningen av gluoner inuti protonen en gräns vid vilken multiplikationen av gluoner upphör att öka. Ett sådant tillstånd kallas färgglaskondensatet, en hypoteserad fas av material som tros finnas i mycket hög- energiprotoner och såväl i tunga kärnor. "
Enligt Brookhaven National Laboratory kan kondensatet förklara många olösta fysiska mysterier, till exempel hur partiklar bildas i högenergikollisioner, eller hur materia fördelas i partiklar. Att bekräfta dess existens har emellertid undvikit forskare i årtionden. Men år 2000 fann fysiker vid Brookhavens Relativistic Heavy Ion Collider de första tecknen på att färgglasskondensatet kunde existera.
När laboratoriet krossade guldatomer avskaffade sina elektroner, hittade de en konstig signal i partiklarna som strömmade ut ur kollisionerna, antydde att atomernas protoner var syltfyllda med gluoner och började bilda färgglaskondensat. Ytterligare experiment med kolliderande tunga joner vid LHC har haft liknande resultat. Men kolliderande protoner tillsammans med relativistiska hastigheter kan emellertid endast ge ett flyktigt glimt av protonernas innersidor innan de subatomära partiklarna våldsamt exploderar. Att undersöka insidan av protoner tar ett mer skonsamt tillvägagångssätt.
När laddade partiklar, såsom protoner, accelereras till höga hastigheter skapar de starka elektromagnetiska fält och frigör energi i form av fotoner eller ljuspartiklar. (Tack vare ljusets dubbla natur är det också en våg.) Dessa energiläckage avskaffades en gång som en oönskad bieffekt av partikelacceleratorer, men fysiker har lärt sig nya sätt att använda dessa högenergifotoner till sin fördel.
Om protoner befinner sig susa förbi varandra i gaspedalen, kan stormen av fotoner som de släpper orsaka proton-på-fotonkollisioner. Dessa så kallade ultraperifera kollisioner är nyckeln till att förstå den inre funktionen av högenergiprotoner.
"När en högenergisk ljusvåg träffar en proton producerar den partiklar - alla typer av partiklar - utan att bryta protonen," sade Tapia Takaki i ett uttalande. "Dessa partiklar spelas in av vår detektor och gör det möjligt för oss att rekonstruera en enastående högkvalitativ bild av vad som finns inuti."
Tapia Takaki och ett internationellt samarbete av forskare använder nu denna metod för att spåra det svårfångade färgglasskondensatet. Forskarna publicerade tidiga resultat från sin studie i augustiutgåvan av The European Physical Journal C. För första gången kunde teamet indirekt mäta tätheten av gluoner vid fyra olika energinivåer. På den högsta nivån fann de bevis för att ett färgglasskondensat precis började bildas.
De experimentella resultaten "... är väldigt spännande och ger ny information om gluondynamiken i protonen, det finns många teoretiska frågor som inte har besvarats," Victor Goncalves, professor i fysik vid Federal University of Pelotas i Brasilien och en medförfattare till studien, sade i uttalandet.
För närvarande är förekomsten av färgglaskondensat ett svårt mysterium.
