Los físicos del Cern han descubierto una plétora de nuevas partículas exóticas que se crean en las colisiones producidas por el Gran Colisionador de Hadrones en los últimos años. De hecho, se han encontrado tantas, que nuestra colaboración (LHCb), que ha descubierto 59 de 66 partículas recientes, ha ideado un nuevo esquema de nombres para ayudarnos a imponer cierto orden en el zoológico de partículas en crecimiento.

Los físicos de partículas tienen una historia bastante accidentada cuando se trata de nombrar cosas. A medida que se descubrieron más y más partículas a lo largo del siglo XX, la nomenclatura se volvió cada vez más confusa. Por ejemplo, en el grupo de los leptones tenemos electrones, muones y luego tauones, pero no tauones.

Y cuando dos equipos rivales en la década de 1970 no pudieron ponerse de acuerdo sobre si una nueva partícula que constaba de dos quarks (los bloques de construcción más pequeños de la materia) que acababan de descubrir debería llamarse J o ψ (psi), terminaron mezclando torpemente los dos nombres. juntos para obtener J/ψ.

Incluso hoy en día, los físicos no pueden ponerse de acuerdo sobre si llamar al quinto quark más pesado "fondo" o "belleza" y, por lo tanto, usan los dos indistintamente. Y ni siquiera comencemos con el bestiario de partículas terriblemente llamado predicho por la teoría conocida como "supersimetría", que sugiere que cada partícula que conocemos también tiene un súper compañero (todavía no descubierto):sstrange [sic], squark, smuon o gluino cualquiera. ? Francamente, es mejor que no parezcan existir.

Hadrones complejos

El LHC ha sido un tesoro oculto para nuevos tipos de partículas llamadas hadrones. Estas son partículas subatómicas formadas por dos o más quarks. Convencionalmente, estos vienen en dos tipos. Los bariones, como los protones y los neutrones que forman el núcleo atómico, están formados por tres quarks. Los mesones, por otro lado, están hechos de un quark emparejado con un antiquark (cada partícula fundamental tiene una antipartícula con la misma masa pero carga opuesta).

Aunque solo hay seis tipos diferentes de quarks, y solo cinco de ellos forman hadrones, hay una gran cantidad de combinaciones posibles. En la década de 1980, los físicos de partículas idearon un esquema de nombres para el zoológico de hadrones, con un símbolo para cada partícula que facilitaba discernir su contenido de quarks, como la letra griega Π (pi) para denotar piones, los mesones más ligeros.

Hasta años recientes, todas las partículas recién descubiertas encajaban muy bien en ese esquema como bariones o mesones. Pero los científicos finalmente se dieron cuenta de que también podrían ser posibles hadrones más complicados con más de tres quarks:los llamados tetraquarks, compuestos por dos quarks y dos antiquarks; y los pentaquarks, compuestos por cuatro quarks y un antiquark (o al revés).

Los primeros tetraquarks candidatos claros fueron descubiertos por las colaboraciones Belle y BESIII, y etiquetados como Z_c estados (esta fue una elección aleatoria, X e Y ya se habían usado para etiquetar otros estados). A esto le siguió el espectacular descubrimiento de los estados de pentaquark, denominados P_c , por la colaboración LHCb. Desde alrededor de 2019, la tasa de descubrimiento se ha acelerado, con nombres como X, Z_cs , P_cs y T_cc siendo asignado de una manera más o menos ad-hoc, lo que lleva a una sopa de letras de partículas.

La ausencia de lógica subyacente a los nombres dados a las nuevas partículas condujo, quizás inevitablemente, a cierta confusión. Un problema particular fue que el subíndice "c" en la Z_c y P_c Los símbolos tenían la intención de implicar que estos hadrones contienen tanto quarks encantadores como antiencantadores (a veces llamados "encanto oculto"). Por el contrario, el subíndice "s" en Z_cs y P_cs símbolos implica que estos hadrones también contienen un quark extraño ("extrañeza abierta"). Entonces, ¿cómo deberían nombrarse los estados que contienen encanto abierto (solo un quark encanto) y extrañeza, como se descubrió recientemente por la colaboración LHCb?

Como la variedad de nuevos estados y sus nombres asignados corrían el riesgo de volverse aún más desconcertantes, nosotros y los colegas de la colaboración LHCb decidimos que era hora de intentar restaurar cierta apariencia de orden, al menos para las partículas recién descubiertas. Nuestro nuevo esquema de nombres sigue algunos principios rectores. En primer lugar, la idea básica debe ser lo suficientemente simple para que la sigan los no expertos, lograda con un símbolo base de T para tetraquarks y P para pentaquarks.

El esquema también debe permitir que se distingan todas las combinaciones posibles; esto se hace mediante la adición de superíndices y subíndices a la base para indicar de qué quarks está hecha cada partícula y otra información cuántica. Pero estos deberían ser coherentes con el esquema existente para mesones y bariones convencionales, que se logra mediante la reutilización de símbolos existentes.

Sin embargo, sería necesario cambiar los nombres actuales de los hadrones exóticos. Por ejemplo, el Z_cs y P_cs los estados mencionados anteriormente se conocerán como T_ψs y P_ψs , respectivamente (la partícula J/ψ contiene encanto oculto), resolviendo el problema de distinguir el encanto oculto del abierto reutilizando ψ para el primero y c para el segundo.

El principio rector final detrás del esquema es que debe ser aceptado por la comunidad más amplia de física de partículas. Aunque la colaboración LHCb ha descubierto la mayoría de las nuevas partículas, lo que tradicionalmente nos otorga algunos derechos de denominación, hay otros experimentos actuales y planificados en esta área, y sus contribuciones son esenciales para el progreso del campo. Por supuesto, también hay muchos teóricos en todo el mundo que trabajan arduamente para interpretar las mediciones que se están realizando.

Tanto los principios generales como los detalles del nuevo esquema de nombres se han discutido con estos diferentes grupos, con comentarios positivos y constructivos incorporados en nuestra versión final.

Un esquema de nombres es una parte importante del lenguaje utilizado para comunicarse entre personas que trabajan en física de partículas. Esperamos que este nuevo esquema ayude en la búsqueda en curso para comprender cómo la llamada fuerza fuerte confina a los quarks dentro de los hadrones, por ejemplo, una característica que desafía la comprensión matemática profunda.

Los nuevos resultados experimentales, incluidos los descubrimientos de nuevos hadrones, están impulsando mejoras en la comprensión teórica. Otros descubrimientos podrían algún día conducir a un gran avance. Sin embargo, en última instancia, el éxito del nuevo esquema se juzgará por la frecuencia con la que las conversaciones incluyan la frase:"Recuérdame, ¿cuál es ese?" + Explora más

LHCb descubre tres nuevas partículas exóticas:el pentaquark y el primer par de tetraquarks

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.