Hur många nya partiklar har LHC upptäckt? Den mest kända upptäckten är naturligtvis Higgs -bosonets. Mindre känt är det faktum att, under de senaste 10 åren, LHC -experimenten har också hittat mer än 50 nya partiklar som kallas hadroner. Av en slump, talet 50 visas i sammanhanget med hadroner två gånger, som 2021 markerar 50 -årsjubileet för Hadron Colliders:den 27 januari 1971, två protonstrålar kolliderade för första gången i CERN:s korsande lagringsringar -accelerator, vilket gör den till den första acceleratorn i historien att producera kollisioner mellan två motroterande strålar av hadroner.

Så vad är dessa nya hadroner, vilket nummer totalt 59? Låt oss börja från början:Hadroner är inte elementära partiklar - fysiker har vetat att sedan 1964, när Murray Gell-Mann och George Zweig oberoende föreslog det som idag är känt som kvarkmodellen. Denna modell etablerade hadroner som sammansatta partiklar gjorda av nya typer av elementära partiklar som heter kvarker. Men, på samma sätt som forskare fortfarande upptäcker nya isotoper mer än 150 år efter att Dmitri Mendeleev upprättade det periodiska systemet, studier av möjliga sammansatta tillstånd som bildas av kvarker är fortfarande ett aktivt fält inom partikelfysik.

Anledningen till detta ligger i kvantkromodynamik, eller QCD, teorin som beskriver den starka växelverkan som håller ihop kvarkar inuti hadroner. Denna interaktion har flera nyfikna funktioner, inklusive det faktum att interaktionens styrka inte minskar med avstånd, som leder till en egenskap som kallas färgbegränsning, som förbjuder förekomsten av fria kvarkar utanför hadroner. Dessa funktioner gör denna teori matematiskt mycket utmanande; faktiskt, färgbegränsning i sig har inte bevisats analytiskt hittills. Och vi har fortfarande inget sätt att förutsäga exakt vilka kombinationer av kvarker som kan bilda hadroner.

Vad vet vi om hadroner då? På 1960 -talet, det fanns redan mer än 100 kända sorter av hadroner, som upptäcktes i accelerator- och kosmisk strålningsförsök. Kvarksmodellen tillät fysiker att beskriva hela "zoo" som olika sammansatta tillstånd av bara tre olika kvarkar:upp, ner och konstigt. Alla kända hadroner kan beskrivas som antingen bestående av tre kvarker (bildande baryoner) eller som kvark -antikvark -par (bildande mesoner). Men teorin förutsade också andra möjliga kvarkarrangemang. Redan i Gell-Manns originalpapper från 1964 om kvarker, begreppet partiklar som innehåller mer än tre kvarker framträdde som en möjlighet. Idag vet vi att sådana partiklar finns, men det tog flera decennier att i experiment bekräfta de första fyrkvark- och femkvark-hadronerna, eller tetraquarks och pentaquarks.

En fullständig lista över de 59 nya hadronerna som hittades vid LHC visas i bilden nedan. Av dessa partiklar, vissa är pentaquarks, vissa är tetraquarks och några är nya högre energi (upphetsade) tillstånd av baryoner och mesoner. Upptäckten av dessa nya partiklar, tillsammans med mätningar av deras egenskaper, fortsätter att tillhandahålla viktig information för att testa gränserna för kvarkmodellen. Detta i sin tur gör det möjligt för forskare att öka sin förståelse för den starka interaktionen, för att verifiera teoretiska förutsägelser och ställa in modeller. Detta är särskilt viktigt för den forskning som gjorts vid Large Hadron Collider, eftersom den starka interaktionen är ansvarig för de allra flesta av vad som händer när hadroner kolliderar. Ju bättre vi kan förstå den starka interaktionen, ju mer exakt vi kan modellera dessa kollisioner och desto bättre är våra chanser att se små avvikelser från förväntningar som kan antyda till eventuella nya fysikfenomen.

Hadronfynden från LHC -experimenten fortsätter att komma, främst från LHCb, som är särskilt lämpad för att studera partiklar som innehåller tunga kvarker. Den första hadron som upptäcktes vid LHC, χb (3P), upptäcktes av ATLAS, och de senaste inkluderar en ny upphetsad skönhet konstig baryon observerad av CMS och fyra tetraquarks upptäckta av LHCb.