Selv videnskabsmænd kan ikke følge med alle de nyopdagede partikler. Vores nye navneskema kunne hjælpe

Fysikere ved Cern har opdaget et væld af nye eksotiske partikler, der er blevet skabt i de kollisioner, der er produceret af Large Hadron Collider i løbet af de sidste par år. Så mange er faktisk blevet fundet, at vores samarbejde (LHCb), som har opdaget 59 ud af 66 nyere partikler, har fundet på et nyt navneskema, der skal hjælpe os med at skabe orden i den voksende partikelzoo.

Partikelfysikere har en ret broget historie, når det kommer til at navngive ting. Efterhånden som flere og flere partikler blev opdaget i løbet af det 20. århundrede, blev nomenklaturen mere og mere forvirrende. For eksempel har vi i gruppen af ​​leptoner elektroner, myoner og så taus, men ikke tauoner.

Og da to rivaliserende hold i 1970'erne ikke var i stand til at blive enige om, hvorvidt en ny partikel bestående af to kvarker (de mindste byggesten af ​​stof), som de lige havde opdaget, skulle hedde J eller ψ (psi), endte de med at skæve de to navne. sammen for at få J/ψ.

Selv i dag er fysikere ikke i stand til at blive enige om, hvorvidt de skal kalde den femte tungeste kvark for "bunden" eller "skønhed" - og bruger derfor de to i flæng. Og lad os ikke engang komme i gang med det rystende navngivne bestiarium af partikler forudsagt af teorien kendt som "supersymmetri", som antyder, at hver partikel, vi kender, også har en (endnu uopdaget) superpartner:mærkelig [sic], squark, smuon eller gluino nogen som helst ? Helt ærligt, det er lige så godt, at de ikke ser ud til at eksistere.

Komplekse hadroner

LHC har været et skattekammer for nye typer partikler kaldet hadroner. Disse er subatomære partikler lavet af to eller flere kvarker. Konventionelt findes disse i to typer. Baryoner, såsom protoner og neutroner, der udgør atomkernen, er lavet af tre kvarker. Mesoner er på den anden side lavet af en kvark parret med en antikvark (hver fundamental partikel har en antipartikel med samme masse, men modsat ladning).

Selvom der kun er seks forskellige typer kvarker, og kun fem af disse danner hadroner, er der et stort antal mulige kombinationer. I 1980'erne udtænkte partikelfysikere et navneskema for hadron zoo med et symbol for hver partikel, der gjorde det let at skelne dens kvarkindhold, såsom det græske bogstav Π (pi) for at betegne pioner, de letteste mesoner.

Indtil de seneste år passede alle nyopdagede partikler fint ind i den ordning som enten baryoner eller mesoner. Men videnskabsmænd indså til sidst, at mere komplicerede hadroner med mere end tre kvarker også kunne være mulige:såkaldte tetraquarks, sammensat af to kvarker og to antikvarker; og pentaquarks, sammensat af fire kvarker og en antikvark (eller omvendt).

De første klare tetraquark-kandidater blev opdaget af Belle- og BESIII-samarbejdet og mærket Z_c tilstande (dette var et tilfældigt valg, X og Y var allerede blevet brugt til at mærke andre tilstande). Dette blev efterfulgt af den spektakulære opdagelse af pentaquark-stater, mærket P_c , af LHCb-samarbejdet. Siden omkring 2019 er opdagelseshastigheden accelereret med navne som X, Z_cs , P_cs og T_cc bliver tildelt på en mere eller mindre ad hoc måde, hvilket fører til en alfabetsuppe af partikler.

Fraværet af logik bag navnene på de nye partikler førte måske uundgåeligt til en vis forvirring. Et særligt problem var, at underskriften "c" i Z_c og P_c symboler skulle antyde, at disse hadroner indeholder både charme- og anticharme-kvarker (nogle gange kaldet "skjult charme"). Derimod sænkede "s" i Z_cs og P_cs symboler antyder, at disse hadroner også indeholder en mærkelig kvark ("åben fremmedhed"). Så hvad skal stater, der indeholder både åben charme (en charme-kvark alene) og mærkelighed, som for nylig blev fundet af LHCb-samarbejdet, hedde?

Da rækken af ​​nye stater og deres tildelte navne risikerede at blive yderligere forvirrende, besluttede vi og kolleger i LHCb-samarbejdet, at det var på tide at forsøge at genoprette en vis orden - i det mindste for de nyopdagede partikler. Vores nye navneskema følger nogle vejledende principper. For det første bør den grundlæggende idé være enkel nok til, at ikke-eksperter kan følge, opnået med et grundsymbol på T for tetraquarks og P for pentaquarks.

Ordningen bør også give mulighed for at skelne mellem alle mulige kombinationer; dette gøres ved at tilføje superscripts og subscripts til basen for at angive, hvilke kvarker hver partikel er lavet af og anden kvanteinformation. Men disse bør være i overensstemmelse med den eksisterende ordning for konventionelle mesoner og baryoner – opnået ved at genbruge eksisterende symboler.

Nuværende navne for eksotiske hadroner skulle dog ændres. For eksempel Z_cs og P_cs tilstande nævnt ovenfor vil blive kendt som T_ψs og P_ψs , henholdsvis (J/ψ-partiklen indeholder skjult charme), hvilket løser problemet med at skelne skjult fra åben charme ved at genbruge ψ for førstnævnte og c for sidstnævnte.

Det sidste ledende princip bag ordningen er, at den skal accepteres af det bredere partikelfysiske samfund. Selvom LHCb-samarbejdet har opdaget de fleste af de nye partikler, som traditionelt giver os nogle navnerettigheder, er der andre aktuelle og planlagte eksperimenter på dette område, og deres bidrag er væsentlige for feltets fremskridt. Der er selvfølgelig også mange teoretikere over hele verden, der arbejder hårdt på at fortolke de målinger, der bliver foretaget.

Både de generelle principper og detaljerne i det nye navneskema er blevet diskuteret med disse forskellige grupper, med positiv og konstruktiv feedback indarbejdet i vores endelige version.

Et navneskema er en vigtig del af det sprog, der bruges til at kommunikere mellem mennesker, der arbejder med partikelfysik. Vi håber, at denne nye ordning vil hjælpe i den igangværende søgen efter at forstå, hvordan den såkaldte stærke kraft begrænser kvarker inde i hadroner, for eksempel - en funktion, der trodser dyb matematisk forståelse.

Nye eksperimentelle resultater, herunder opdagelser af nye hadroner, fremmer forbedringer i teoretisk forståelse. Yderligere opdagelser kan en dag føre til et gennembrud. I sidste ende vil den nye ordnings succes dog blive bedømt ud fra, hvor ofte samtaler inkluderer sætningen:"Mind mig, hvilken er det igen?" + Udforsk yderligere

LHCb opdager tre nye eksotiske partikler:pentaquark og det første par tetraquarks nogensinde

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.