Odderon, concept inventat de fizicianul Basarab Nicolescu, membru de onoare al Academiei Române

Prima dovadă experimentală a unei particule imaginată în urma cu 45 de ani a adus din nou în centrul atenției întregii lumi cercetătorii de la CERN (Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară). Odderon-ul este un concept fundamental de fizică, precizează fizicianul care a formulat și a dat numele Odderon-ului, Basarab Nicolescu, membru de onoare al Academiei Române. Profesorul universitar Basarab Nicolescu a acordat Biroului de presă al Academiei Române următorul interviu.

Cătălin Mosoia: Care este istoria conceptului de Odderon?

Basarab Nicolescu: Acum 45 de ani, în 1973, în colaborare cu fizicianul polonez Leszek Łukaszuk (1938-2007), am formulat o nouă teorie în cadrul interacțiunilor tari la energii înalte, fondată pe principiile fundamentale ale fizicii (teoreme asimptotice). Conceptul rezultat numit Odderon a fost considerat revoluționar în acel moment, chiar eretic, și a stârnit violente polemici, deoarece el punea sub semnul întrebării numeroase lucrări ale unor fizicieni importanți. Consecințele sale experimentale erau spectaculoase.

În cuvinte simple, Odderon-ul induce o diferență importantă între difuziunile particulă-particulă și antiparticulă-particulă la energii înalte. Până atunci, se credea că ele sunt identice la energii înalte. Odderon-ul este deci intim legat de disimetria materie-antimaterie. El apare în amplitudinea de difuziune de paritate negativă.

Zece ani după aceea, Cromodinamica Cuantică redescoperea acest concept. În teoria standard a interacțiunilor tari - Cromodinamica Cuantică - mesagerul interacțiunii este gluonul (care lipește, asemenea cleiului, quarcurile între ele). Există opt gluoni de masă nulă ce poartă o nouă sarcină - culoarea (care, desigur, nu are nimic în comun cu culoarea în sensul familiar al cuvântului). Spre deosebire de fotoni, gluonii pot acționa de asemenea unul asupra altuia, căci ei poartă o sarcină (de culoare). Quarcurile, particule fundamentale ipotetice din care sunt alcătuiți hadronii, au sarcina electrică egală în valoare de 1/3 din sarcina electronului și sunt ele însele de trei culori diferite. Simetria exactă în privința culorilor înseamnă că numai stările fără culoare pot fi observate experimental. Există o veritabilă frumusețe estetică a acestei teorii și succesul său pe plan experimental este fenomenal, dar lipsea evidența Odderon-ului, ea cerând energii foarte înalte, care nu erau disponibile până acum.

Cătălin Mosoia: Care a fost contextul în care s-a imaginat conceptul de Odderon? De ce a fost nevoie de inventarea acestei noi particule?

Basarab Nicolescu: Ideea noastră a fost de a realiza maximalitatea interacțiunilor tari: interacțiunile tari trebuie să fie cât se poate de tari. Anume, limitele impuse de principiile fundamentale ale fizicii asupra secțiunilor eficace de difuziune hadron-hadron și asupra diferențelor între secțiunile eficace de difuziune antihadron-hadron şi hadron-hadron trebuie să fie saturate. Este exact ceea ce realizează Odderon-ul pentru diferența între secțiunile eficace de difuziune antihadron-hadron şi hadron-hadron.

Conceptul Odderon este mult mai general decât postularea unei noi particule. Dar, într-adevăr, în Cromodinamica Cuantică, el corespunde unei stări legate între un număr impar de gluoni.

Cătălin Mosoia: Cum de s-a ajuns la denumirea Odderon?

Basarab Nicolescu: Eu am propus colaboratorilor mei numele de Odderon plecând de la ambiguitatea cuvântului odd din limba engleză, care înseamnă, în același timp, impar şi straniu.

Cătălin Mosoia: În ce lucrări de început a fost menționat conceptul de Odderon?

Basarab Nicolescu: Łukaszuk, L., & Nicolescu, B. (1973, octombrie 13). “A Possible Interpretation of pp Rising Total Cross-Sections”. Lettere al Nuovo Cimento, 8(7), 405-413, lucrare în care am formulat conceptul de Odderon.

Joynson, D., Leader, E., Nicolescu, B., & Lopez, C. (1975, decembrie 1). “Non-Regge and Hyper-Regge Effects in Pion-Nucleon Charge Exchange Scattering at High Energies”. Il Nuovo Cimento, 30A(3), 345-384, lucrare în care am introdus numele conceptului, Odderon.

Cătălin Mosoia: Teoria dumneavoastră a fost confirmată experimental în cadrul LHC aparținând CERN. Ce noi întrebări s-au născut odată cu această confirmare?

Basarab Nicolescu: Acum câteva luni, în septembrie 2017, purtătorul de cuvânt al experimentului TOTEM, Profesorul Simone Giani, de la acceleratorul Large Hadron Collider (LHC) aparținând Centrului European de Cercetări Nucleare (CERN) de la Geneva, mi-a telefonat, spunându-mi că ei au descoperit, la o energie de 13 TeV, un efect precis, indiscutabil, care confirmă teoria Odderon-ului. El m-a invitat să susțin un seminar la CERN și, timp de două zile (25-26 septembrie 2017), am discutat în mod aprofundat cu membrii experimentului TOTEM.

Am realizat imediat, în colaborare cu fizicianul ucrainean Evgenij Martynov - directorul laboratorului de calcul în rețele în fizică de la Institutul Bogolyubov de Fizică Teoretică din Kiev al Academiei de Științe a Ucrainei -, studiul “Did TOTEM experiment discover the Odderon?” (arXiv:1711.03288 [hep-ph] 21 November 2017), care a fost acceptat pentru publicare în prestigioasa revistă internațională Physics Letters B; lucrarea se va publica în ediția din luna martie 2018 a acestei reviste: vol. 778, 10 March 2018, p. 414-418 (https://doi.org/10.1016/j.physletb.2018.01.054).

Desigur, această primă confirmare trebuie consolidată prin noi date experimentale. Tot experimentul TOTEM va publica în acest an date asupra secțiunilor eficace diferențiale la aceeași energie de 13 TeV care, sper, vor aduce o nouă confirmare a Odderon-ului.

Cătălin Mosoia: Ce puteți spune despre posibilele implicații și aplicații ale Odderon-ului?

Basarab Nicolescu: Odderon-ul, concept de fizică fundamental, nu are aplicații pe plan tehnologic. Dar pe plan teoretic, aplicațiile sale sunt numeroase pentru înțelegerea mecanismului detaliat al interacțiunilor tari și numeroase modele pentru studiul datelor experimentale pot fi elaborate pornind de la teoria generală a Odderon-ului.

Eu însumi elaborez acum, în colaborare cu Evgenij Martynov, un astfel de model, bazat pe două concepte: Odderon-ul şi Froissaron-ul, care corespunde Odderon-ului în amplitudinea de difuziune de paritate pozitivă.

Implicațiile Odderon-ului sunt considerabile în stimularea unor noi experiențe, în situații experimentale foarte diferite. Pe plan teoretic, implicația sa fundamentală este validitatea teoriei interacțiunilor tari - Cromodinamica Cuantică. Dacă Odderon-ul nu există, înseamnă că teoria Cromodinamicii Cuantice este falsă!

20 februarie 2018

Odderon, the concept invented by physicist Basarab Nicolescu, Honorary Member of the Romanian Academy

The first experimental evidence of a particle imagined 45 years ago brought the CERN back into the spotlight. Odderon is a fundamental concept of physics, says Basarab Nicolescu, Honorary Member of the Romanian Academy, the physicist who invented and named the Odderon. Professor Basarab Nicolescu gave the following interview to the Press Office of the Romanian Academy.

Cătălin Mosoia: What is the brief history of the Odderon concept?

Basarab Nicolescu: 45 years ago, in 1973, in collaboration with the Polish physicist Leszek Łukaszuk (1938-2007), based on the fundamental principles of physics (asymptotic theorems), we suggested and formulated a new theory in the framework of strong interactions at high energies. The resulting concept, called Odderon, was considered revolutionary at that time, even heretical, and sparked violent controversy because it questioned many papers written by important physicists. Its experimental consequences were spectacular.

In simple words, Odderon induces an important difference between the particle-particle and antiparticle-particle scatterings at high energies. Until then, they were believed to be identical at high energies. Therefore, Odderon is intimately linked to the matter-antimatter dissymmetry. It appears in the odd-undercrossing (negative parity) amplitude.

Ten years later, Quantum Chromodynamics (QCD) rediscovered this concept. In the standard theory of strong interactions, i.e. QCD, the messenger of the interaction is the gluon, which, like glue, glue the quarks one to another. There are eight zero-mass gluons that carry a new charge, called “colour” (which, of course, has nothing in common with colour in the familiar meaning of the word). Unlike photons, gluons can act on each other, for they carry a colour charge. The quarks, hypothetical fundamental particles of which the hadrons are composed, have the electric charge equal to one-third of the charge of the electron, and they are themselves of three different colours. The exact symmetry of colours means that only colourless states can experimentally be observed. QCD has a great aesthetic beauty, and its experimental success is phenomenal, but the Odderon's evidence missed till now because it demands very high energies that were not available so far.

Cătălin Mosoia: What was the context in which you imagined the concept of Odderon? What was the need for inventing such a particle?

Basarab Nicolescu: Our idea was to achieve maximality of strong interactions: strong interactions must be as strong as possible. Explicitly, the limits imposed by the fundamental principles of physics on the hadron-hadron total cross-sections and on the differences between the antihadron-hadron and hadron-hadron total cross-sections must be saturated. This is exactly what Odderon does for the difference between antihadron-hadron and hadron-hadron total cross-sections.

The Odderon concept is much more general than just postulating a new particle. However, indeed, in the QCD theory, it corresponds to a bound state of an odd number of gluons.

Cătălin Mosoia: How Odderon got its name?

Basarab Nicolescu: I have proposed to my colleagues the name of Odderon, starting from the ambiguity of the word “odd” in English: it refers to the odd-under-crossing amplitude, but also can mean “strange”.

Cătălin Mosoia: In what first papers the Odderon concept appeared?

Basarab Nicolescu: Łukaszuk, L., & Nicolescu, B., “A Possible Interpretation of pp Rising Total Cross-Sections”. Lettere al Nuovo Cimento, 8(7), 405-413, 1973, paper in which I formulated the concept of Odderon.

Joynson, D., Leader, E., Nicolescu, B., & Lopez, C., “Non-Regge and Hyper-Regge Effects in Pion-Nucleon Charge Exchange Scattering at High Energies”, Il Nuovo Cimento, 30A(3), 345-384, 1975 paper, in which I introduced the name “Odderon”.

Cătălin Mosoia: Recently, your theory has been confirmed experimentally at CERN's LHC. What new questions were born with this confirmation?

Basarab Nicolescu: A few months ago, in September 2017, the TOTEM's spokesman, Professor Simone Giani, from the Large Hadron Collider (LHC), contacted me, saying they have discovered, at the energy of 13 TeV, a precise effect that confirms Odderon's theory. He then invited me to give a seminar at CERN. Consequently, for two days (September 25-26, 2017), I discussed the topic in depth with the members of the TOTEM experiment.
We immediately realised, in collaboration with the Ukrainian physicist Evgenij Martynov (head of Laboratory of Grid Computing in Physics. Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, National Academy of Science of Ukraine) the article "Did TOTEM experiment discover the Odderon?" (ArXiv: 1711.03288 [hep-ph] 21 November 2017), which was accepted for publication in the prestigious international journal Physics Letters B. The paper will be published in the March 2018 edition of this magazine: vol. 778, 10 March 2018, p. 414-418 (https://doi.org/10.1016/j.physletb.2018.01.054).

Of course, this first confirmation needs to be reinforced through new experimental data. During this year, the TOTEM experiment will release more data on the differential cross-sections at the same energy of 13 TeV, and I hope that they will bring a new confirmation of the Odderon.

Cătălin Mosoia: What can you say about the possible implications and applications of the Odderon?

Basarab Nicolescu: Odderon, a concept of fundamental physics, does not have technological applications. However, theoretically, its applications are numerous for understanding the detailed mechanism of strong interactions: numerous models for the study of experimental data can be formulated based on the Odderon's general theory.
In collaboration with Evgenij Martynov, we now design a model based on two concepts: Odderon and Froissaron. The Froissaron corresponds to the Odderon in the even-under-crossing amplitude.

Odderon's implications are considerable in stimulating new experiments, in very different situations. Theoretically, its main implication is the validity of the theory of strong interactions, QCD. If Odderon does not exist, it means that QCD is wrong!

February 23, 2018