Físicos do Cern descobriram uma infinidade de novas partículas exóticas sendo criadas nas colisões produzidas pelo Grande Colisor de Hádrons nos últimos anos. Tantos foram encontrados de fato, que nossa colaboração (LHCb), que descobriu 59 das 66 partículas recentes, criou um novo esquema de nomenclatura para nos ajudar a impor alguma ordem no crescente zoológico de partículas.
Os físicos de partículas têm uma história bastante conturbada quando se trata de nomear as coisas. À medida que mais e mais partículas foram descobertas ao longo do século 20, a nomenclatura tornou-se cada vez mais confusa. Por exemplo, no grupo de léptons temos elétrons, múons e depois taus, mas não tauons.

E quando duas equipes rivais na década de 1970 não conseguiram concordar se uma nova partícula consistindo de dois quarks (os menores blocos de construção da matéria) que acabavam de descobrir deveria ser chamada de J ou ψ (psi), eles acabaram desajeitadamente amassando os dois nomes. juntos para obter J/ψ.

Ainda hoje, os físicos são incapazes de concordar se chamam o quinto quark mais pesado de "bottom" ou "beauty" - e, portanto, usam os dois de forma intercambiável. E nem vamos começar com o assustador bestiário de partículas previsto pela teoria conhecida como "supersimetria", que sugere que cada partícula que conhecemos também tem um superparceiro (ainda não descoberto):sstrange [sic], squark, smuon ou gluino qualquer um ? Francamente, ainda bem que eles não parecem existir.

Hádrons complexos

O LHC tem sido um tesouro para novos tipos de partículas chamadas hádrons. Estas são partículas subatômicas feitas de dois ou mais quarks. Convencionalmente, estes vêm em dois tipos. Os bárions, como os prótons e nêutrons que compõem o núcleo atômico, são feitos de três quarks. Os mésons, por outro lado, são feitos de um quark emparelhado com um antiquark (cada partícula fundamental tem uma antipartícula com a mesma massa, mas carga oposta).

Embora existam apenas seis tipos diferentes de quarks, e apenas cinco deles formem hádrons, há um grande número de combinações possíveis. Na década de 1980, os físicos de partículas criaram um esquema de nomenclatura para o zoológico de hádrons, com um símbolo para cada partícula que tornava mais fácil discernir seu conteúdo de quarks, como a letra grega Π (pi) para denotar píons, os mésons mais leves.

Até anos recentes, todas as partículas recém-descobertas se encaixavam bem nesse esquema como bárions ou mésons. Mas os cientistas acabaram percebendo que hádrons mais complicados com mais de três quarks também poderiam ser possíveis:os chamados tetraquarks, compostos de dois quarks e dois antiquarks; e pentaquarks, compostos por quatro quarks e um antiquark (ou vice-versa).

Os primeiros candidatos a tetraquark claros foram descobertos pelas colaborações de Belle e BESIII, e rotulados como Z_c estados (esta foi uma escolha aleatória, X e Y já haviam sido usados ​​para rotular outros estados). Isto foi seguido pela descoberta espetacular de estados pentaquark, rotulados P_c , pela colaboração do LHCb. Desde cerca de 2019, a taxa de descoberta acelerou, com nomes como X, Z_cs , P_cs e T_cc sendo atribuído de forma mais ou menos ad-hoc, levando a uma sopa de letrinhas de partículas.

A ausência de lógica subjacente aos nomes dados às novas partículas levou, talvez inevitavelmente, a alguma confusão. Um problema particular era que o subscrito "c" no Z_c e P_c Os símbolos pretendiam implicar que esses hádrons contêm quarks charm e anticharm (às vezes chamados de "encanto oculto"). Por outro lado, o subscrito "s" no Z_cs e P_cs símbolos implica que esses hádrons também contêm um quark estranho ("estranheza aberta"). Então, como devem ser nomeados os estados que contêm charme aberto (apenas um quark charm) e estranheza, conforme encontrado recentemente pela colaboração do LHCb?

À medida que a variedade de novos estados e seus nomes atribuídos corriam o risco de se tornar ainda mais desconcertantes, nós e colegas da colaboração do LHCb decidimos que era hora de tentar restaurar alguma aparência de ordem – pelo menos para as partículas recém-descobertas. Nosso novo esquema de nomenclatura segue alguns princípios orientadores. Em primeiro lugar, a ideia básica deve ser simples o suficiente para não especialistas seguirem, alcançada com um símbolo básico de T para tetraquarks e P para pentaquarks.

O esquema também deve permitir distinguir todas as combinações possíveis; isso é feito pela adição de sobrescritos e subscritos à base para denotar de quais quarks cada partícula é feita e outras informações quânticas. Mas estes devem ser consistentes com o esquema existente para mésons e bárions convencionais – alcançados pela reutilização de símbolos existentes.

No entanto, os nomes atuais dos hádrons exóticos precisariam ser alterados. Por exemplo, o Z_cs e P_cs estados mencionados acima serão conhecidos como T_ψs e P_ψs , respectivamente (a partícula J/ψ contém charme oculto), resolvendo o problema de distinguir charme oculto de aberto reutilizando ψ para o primeiro e c para o último.

O princípio orientador final por trás do esquema é que ele deve ser aceito pela comunidade mais ampla de física de partículas. Embora a colaboração do LHCb tenha descoberto a maioria das novas partículas, o que tradicionalmente nos dá alguns direitos de nomenclatura, existem outros experimentos atuais e planejados nessa área, e suas contribuições são essenciais para o progresso do campo. Há também, é claro, muitos teóricos em todo o mundo trabalhando duro para interpretar as medições que estão sendo feitas.

Tanto os princípios gerais quanto os detalhes do novo esquema de nomenclatura foram discutidos com esses diferentes grupos, com feedback positivo e construtivo incorporado à nossa versão final.

Um esquema de nomenclatura é uma parte importante da linguagem usada para comunicação entre pessoas que trabalham em física de partículas. Esperamos que esse novo esquema ajude na busca contínua para entender como a chamada força forte confina os quarks dentro dos hádrons, por exemplo – uma característica que desafia a compreensão matemática profunda.

Novos resultados experimentais, incluindo as descobertas de novos hádrons, estão alimentando melhorias na compreensão teórica. Outras descobertas podem um dia levar a um avanço. Em última análise, porém, o sucesso do novo esquema será julgado pela frequência com que as conversas incluem a frase:"Lembre-me, qual é esse mesmo?" + Explorar mais

LHCb descobre três novas partículas exóticas:o pentaquark e o primeiro par de tetraquarks

Este artigo é republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.