The Large Hadron Colliders officielle opgørelse:59 nye hadroner og tæller

Hvor mange nye partikler har LHC fundet? Den mest kendte opdagelse er naturligvis Higgs bosonens. Mindre kendt er det faktum, at gennem de sidste 10 år, LHC-eksperimenterne har også fundet mere end 50 nye partikler kaldet hadroner. Tilfældigvis, tallet 50 optræder i forbindelse med hadroner to gange, som 2021 markerer 50 -årsdagen for hadronkolliderer:den 27. januar 1971, to stråler af protoner kolliderede for første gang i CERNs Intersecting Storage Rings accelerator, hvilket gør den til den første accelerator i historien til at producere kollisioner mellem to mod-roterende stråler af hadroner.

Så hvad er disse nye hadroner, hvilket nummer 59 i alt? Lad os starte med begyndelsen:hadroner er ikke elementære partikler - fysikere har vidst, at siden 1964, da Murray Gell-Mann og George Zweig uafhængigt foreslog, hvad der i dag er kendt som kvarkmodellen. Denne model etablerede hadroner som sammensatte partikler lavet af nye typer af elementære partikler kaldet kvarker. Men, på samme måde som forskere stadig opdager nye isotoper mere end 150 år efter Dmitri Mendeleev etablerede det periodiske system, undersøgelser af mulige sammensatte tilstande dannet af kvarker er stadig et aktivt felt inden for partikelfysik.

Årsagen til dette ligger i kvantekromodynamikken, eller QCD, teorien, der beskriver det stærke samspil, der holder kvarker sammen inde i hadroner. Denne interaktion har flere nysgerrige funktioner, herunder det faktum, at styrken af ​​interaktionen ikke aftager med afstanden, fører til en ejendom kaldet farveindeslutning, som forbyder eksistensen af ​​frie kvarker uden for hadroner. Disse funktioner gør denne teori matematisk meget udfordrende; faktisk, farveindeslutning i sig selv er ikke blevet bevist analytisk til denne dato. Og vi har stadig ingen måde at forudsige præcis, hvilke kombinationer af kvarker der kan danne hadroner.

Hvad ved vi så om hadroner? Tilbage i 1960'erne, der var allerede mere end 100 kendte varianter af hadroner, som blev opdaget i accelerator- og kosmisk-stråle-eksperimenter. Kvarkmodellen gjorde det muligt for fysikere at beskrive hele "zoo" som forskellige sammensatte tilstande af blot tre forskellige kvarker:op, nede og mærkelige. Alle kendte hadroner kan beskrives som enten bestående af tre kvarker (dannende baryoner) eller som kvark -antikvarpar (dannende mesoner). Men teorien forudsagde også andre mulige kvark-arrangementer. Allerede i Gell-Manns originale papir fra 1964 om kvarker, forestillingen om partikler indeholdende mere end tre kvarker dukkede op som en mulighed. I dag ved vi, at sådanne partikler eksisterer, men det tog flere årtier at bekræfte de første fire-kvark- og fem-kvark-hadroner i eksperimenter, eller tetraquarks og pentaquarks.

En komplet liste over de 59 nye hadroner fundet ved LHC er vist på billedet nedenfor. Af disse partikler, nogle er pentaquarks, nogle er tetraquarks, og nogle er nye baryoner og mesoner med højere energi (ophidset). Opdagelsen af ​​disse nye partikler, sammen med målinger af deres egenskaber, fortsætter med at give vigtig information til at teste grænserne for kvarkmodellen. Dette gør det igen muligt for forskere at fremme deres forståelse af den stærke interaktion, at verificere teoretiske forudsigelser og at tune modeller. Dette er især vigtigt for forskningen foretaget ved Large Hadron Collider, da den stærke interaktion er ansvarlig for langt størstedelen af ​​det, der sker, når hadroner kolliderer. Jo bedre vi kan forstå det stærke samspil, jo mere præcist vi kan modellere disse kollisioner, og jo bedre er vores chancer for at se små afvigelser fra forventningerne, der kunne antyde mulige nye fysikfænomener.

Hadron -opdagelserne fra LHC -eksperimenterne bliver ved med at komme, hovedsageligt fra LHCb, som er særligt velegnet til at studere partikler indeholdende tunge kvarker. Den første hadron opdaget ved LHC, χb(3P), blev opdaget af ATLAS, og de seneste inkluderer en ny ophidset skønhed mærkelig baryon observeret af CMS og fire tetraquarks detekteret af LHCb.