僅在質子高能碰撞時短暫存在，實驗證實發現神祕 Odderon 粒子

50 年前就預測到的難以捉摸 Odderon 粒子，如今終於在歐洲核子研究組織大型強子對撞機（LHC）與美國費米實驗室正負質子對撞機（Tevatron）合作下現身。

隨著描述誇克、膠子之間強交互作用的量子色動力學（QCD）理論出現，物理學家在 1973 年預測 Odderon 粒子的存在，嚴格來說，Odderon 粒子並不是「一個粒子」，而是質子（由誇克和膠子組成）高能碰撞過程，出現奇數個（3 個、5 個等）膠子短暫黏在一起的狀態；若為偶數個膠子黏在一起（2 個、4 個等），則稱為 Pomeron 粒子。

在較低能量下，質子─質子或質子─反質子散射差異是由交換不同的介子（由誇克和反誇克組成的粒子）所引起；但在較高能量下，質子相互作用預計僅由膠子介導，尤其是低動量傳遞與高能量下的的彈性散射（elastic scattering）。

膠子（gluon）是負責在 2 個誇克之間傳遞強作用力的基本粒子（類似光子負責在 2 個帶電粒子之間傳遞電磁力）。膠子也很有趣，通常不太喜歡一個人待著，幾乎都要找其他同伴一起行動，2 個以上膠子結合而成的狀態也稱為膠球，某些情況下它們不會破碎，而是彼此反彈並散射。

理論預測這些粒子必須存在，然而過去科學家一直找不出強大到足以肯定它們存在的證據，首先數據量非常龐大，科學家必須替對撞機內各種粒子碰撞相互作用的結果進行分類，並從中找出當下只能存在 Odderon 粒子的數據，美國堪薩斯大學天文物理學家 Christophe Royon 形容，如果把這次研究用到的所有數據存到光碟並堆疊在一起，則疊起來的長度將超過地球與月球之間距離。

在日以繼夜的比對新舊資料庫後，一個國際物理團隊終於從正負質子對撞機（Tevatron）10 年前的 DØ 實驗數據、大型強子對撞機在 2015 年、2019 年及 2020 年的全截面彈性散射偵測器（Total Elastic and Diffractive Cross Section Measurement，TOTEM）實驗數據中，獲得證實 Odderon 粒子存在的有利證據。

簡單說，物理學家比較了 LHC 質子─質子數據與正負質子對撞機質子─反質子數據，都在 1.96 TeV 碰撞能量下結果發現 Odderon 粒子存在跡象；當團隊再結合 TOTEM 於13 TeV 處更小的散射角度結果時，Odderon 粒子的地位被提升至重大發現，研究結果落在 5.2-5.7 個標準差範圍內。

如果無法證實 Odderon 粒子存在，科學家就不得不試著提出宇宙如何運作的新理論，如今終於發現它們蹤跡，再度達成粒子物理學一個里程碑。

新論文已提交《物理評論快報》（Physical Review Letters），論文預印版本可先至歐洲核子研究組織網站閱覽。