Fysiker vid Cern har upptäckt en uppsjö av nya exotiska partiklar som skapas i kollisioner som producerats av Large Hadron Collider under de senaste åren. Så många har faktiskt hittats att vårt samarbete (LHCb), som har upptäckt 59 av 66 nya partiklar, har kommit fram till ett nytt namnschema för att hjälpa oss att lägga lite ordning på den växande partikelzoon

Partikelfysiker har en ganska rutig historia när det kommer till att namnge saker. När fler och fler partiklar upptäcktes under 1900-talet, blev nomenklaturen allt mer förvirrande. Till exempel, i gruppen leptoner har vi elektroner, myoner och sedan taus, men inte tauoner.

Och när två rivaliserande lag på 1970-talet inte kunde komma överens om huruvida en ny partikel bestående av två kvarkar (de minsta byggstenarna i materien) som de just upptäckt skulle heta J eller ψ (psi), slutade de med att de obekvämt smutsade ut de två namnen tillsammans för att få J/ψ.

Än idag kan fysiker inte komma överens om de ska kalla den femte tyngsta kvarken "botten" eller "skönhet" - och använder därför de två omväxlande. Och låt oss inte ens börja på det skrämmande namngivna bestiariet av partiklar som förutspås av teorin känd som "supersymmetri", som tyder på att varje partikel vi känner också har en (ännu oupptäckt) superpartner:konstigt [sic], squark, smuon eller gluino vem som helst ? Uppriktigt sagt är det lika bra att de inte verkar existera.

Komplexa hadroner

LHC har varit en skattkammare för nya typer av partiklar som kallas hadroner. Dessa är subatomära partiklar gjorda av två eller flera kvarkar. Konventionellt finns dessa i två typer. Baryoner, såsom protonerna och neutronerna som utgör atomkärnan, är gjorda av tre kvarkar. Mesoner, å andra sidan, är gjorda av en kvark parad med en antikvark (varje fundamental partikel har en antipartikel med samma massa men motsatt laddning).

Även om det bara finns sex olika typer av kvarkar, och endast fem av dessa bildar hadroner, finns det ett stort antal möjliga kombinationer. På 1980-talet utarbetade partikelfysiker ett namnschema för hadron zoo, med en symbol för varje partikel som gjorde det lätt att urskilja dess kvarkinnehåll, som den grekiska bokstaven Π (pi) för att beteckna pioner, de lättaste mesonerna.

Fram till de senaste åren passade alla nyupptäckta partiklar fint in i det schemat som antingen baryoner eller mesoner. Men forskare insåg så småningom att mer komplicerade hadroner med fler än tre kvarkar också kunde vara möjliga:så kallade tetrakvarkar, sammansatta av två kvarkar och två antikvarkar; och pentakvarkar, sammansatta av fyra kvarkar och en antikvark (eller tvärtom).

De första tydliga tetraquark-kandidaterna upptäcktes av Belle- och BESIII-samarbetena och märktes Z_c tillstånd (detta var ett slumpmässigt val, X och Y hade redan använts för att märka andra tillstånd). Detta följdes av den spektakulära upptäckten av pentaquark-tillstånd, märkt P_c , av LHCb-samarbetet. Sedan omkring 2019 har upptäcktshastigheten ökat, med namn som X, Z_cs , P_cs och T_cc tilldelas på ett mer eller mindre ad-hoc-sätt, vilket leder till en alfabetsoppa av partiklar.

Frånvaron av logik bakom namnen på de nya partiklarna ledde, kanske oundvikligen, till viss förvirring. Ett särskilt problem var att det nedsänkta "c" i Z_c och P_c symboler var menade att antyda att dessa hadroner innehåller både charm- och anticharmkvarkar (ibland kallade "dold charm"). Däremot är det nedsänkta "s" i Z_cs och P_cs symboler antyder att dessa hadroner också innehåller en konstig kvark ("öppen konstighet"). Så vad ska då tillstånd som innehåller både öppen charm (enbart en charmkvark) och konstigheter, som nyligen hittats av LHCb-samarbetet, namnges?

Eftersom utbudet av nya stater och deras tilldelade namn riskerade att bli ytterligare förbryllande, beslutade vi och kollegor i LHCb-samarbetet att det var dags att försöka återställa en viss ordning – åtminstone för de nyupptäckta partiklarna. Vårt nya namnschema följer några vägledande principer. För det första bör grundidén vara enkel nog för icke-experter att följa, uppnådd med en bassymbol av T för tetraquarks och P för pentaquarks.

Systemet bör också göra det möjligt att särskilja alla möjliga kombinationer; detta görs genom att lägga till upphöjda och nedsänkta till basen för att ange vilka kvarkar varje partikel är gjord av och annan kvantinformation. Men dessa bör överensstämma med det befintliga schemat för konventionella mesoner och baryoner – uppnådda genom att återanvända befintliga symboler.

Nuvarande namn på exotiska hadroner skulle dock behöva ändras. Till exempel Z_cs och P_cs tillstånd som nämns ovan kommer att bli kända som T_ψs och P_ψs , respektive (J/ψ-partikeln innehåller dold charm), vilket löser problemet med att skilja dold från öppen charm genom att återanvända ψ för den förra och c för den senare.

Den sista vägledande principen bakom systemet är att det ska accepteras av det bredare partikelfysiksamhället. Även om LHCb-samarbetet har upptäckt de flesta av de nya partiklarna, vilket traditionellt ger oss vissa namnrättigheter, finns det andra aktuella och planerade experiment inom detta område, och deras bidrag är väsentliga för fältets framsteg. Det finns naturligtvis också många teoretiker runt om i världen som arbetar hårt för att tolka de mätningar som görs.

Både de allmänna principerna och detaljerna i det nya namnschemat har diskuterats med dessa olika grupper, med positiv och konstruktiv feedback inkorporerad i vår slutliga version.

Ett namnschema är en viktig del av språket som används för att kommunicera mellan människor som arbetar med partikelfysik. Vi hoppas att detta nya schema kommer att hjälpa till i den pågående strävan att förstå hur den så kallade starka kraften begränsar kvarkar inuti hadroner, till exempel – en egenskap som trotsar djup matematisk förståelse.

Nya experimentella resultat inklusive upptäckter av nya hadroner underblåser förbättringar i teoretisk förståelse. Ytterligare upptäckter kan en dag leda till ett genombrott. I slutändan kommer dock framgången för det nya systemet att bedömas av hur ofta konversationer innehåller frasen:"Påminn mig, vilken är det igen?" + Utforska vidare

LHCb upptäcker tre nya exotiska partiklar:pentaquark och det första paret av tetraquarks någonsin

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.