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I fisici del Cern hanno scoperto una pletora di nuove particelle esotiche create negli ultimi anni dalle collisioni prodotte dal Large Hadron Collider. In effetti, ne sono stati trovati così tanti che la nostra collaborazione (LHCb), che ha scoperto 59 particelle su 66 recenti, ha escogitato un nuovo schema di denominazione per aiutarci a imporre un certo ordine allo zoo di particelle in crescita
I fisici delle particelle hanno una storia piuttosto a scacchi quando si tratta di nominare le cose. Man mano che nel corso del XX secolo furono scoperte sempre più particelle, la nomenclatura divenne sempre più confusa. Ad esempio, nel gruppo dei leptoni abbiamo elettroni, muoni e poi taus, ma non tauoni.
E quando due squadre rivali negli anni '70 non furono in grado di concordare se una nuova particella composta da due quark (i più piccoli elementi costitutivi della materia) che avevano appena scoperto dovesse chiamarsi J o ψ (psi), finirono per ammorbidire goffamente i due nomi insieme per ottenere J/ψ.
Ancora oggi, i fisici non sono in grado di concordare se chiamare il quinto quark più pesante "fondo" o "bellezza" e quindi usano i due in modo intercambiabile. E non iniziamo nemmeno con il terribile bestiario di particelle previsto dalla teoria nota come "supersimmetria", che suggerisce che ogni particella che conosciamo ha anche un super partner (ancora sconosciuto):sstrange [sic], squark, smuon o gluino chiunque ? Francamente, è un bene che non sembrino esistere.
Adroni complessi
L'LHC è stato un tesoro per nuovi tipi di particelle chiamate adroni. Queste sono particelle subatomiche composte da due o più quark. Convenzionalmente, questi sono di due tipi. I barioni, come i protoni ei neutroni che compongono il nucleo atomico, sono formati da tre quark. I mesoni, invece, sono costituiti da un quark accoppiato con un antiquark (ogni particella fondamentale ha un'antiparticella con la stessa massa ma carica opposta).
Sebbene ci siano solo sei diversi tipi di quark e solo cinque di questi formano adroni, esiste un numero enorme di possibili combinazioni. Negli anni '80, i fisici delle particelle hanno ideato uno schema di denominazione per lo zoo degli adroni, con un simbolo per ogni particella che rendeva facile discernere il suo contenuto di quark, come la lettera greca Π (pi) per denotare i pioni, i mesoni più leggeri.
Fino agli ultimi anni, tutte le particelle scoperte di recente si adattavano perfettamente a quello schema come barioni o mesoni. Ma gli scienziati alla fine si sono resi conto che potevano essere possibili anche adroni più complicati con più di tre quark:i cosiddetti tetraquark, composti da due quark e due antiquark; e pentaquark, composti da quattro quark e un antiquark (o viceversa).
I primi candidati tetraquark chiari sono stati scoperti dalle collaborazioni Belle e BESIII e etichettati Zc stati (questa è stata una scelta casuale, X e Y erano già stati usati per etichettare altri stati). Questa è stata seguita dalla spettacolare scoperta degli stati di pentaquark, etichettati Pc , dalla collaborazione LHCb. Dal 2019 circa, il tasso di scoperta è accelerato, con nomi come X, Zcs , Pcs e Tcc essere assegnato in modo più o meno ad hoc, portando a una zuppa alfabetica di particelle.
L'assenza di logica alla base dei nomi dati alle nuove particelle ha portato, forse inevitabilmente, a una certa confusione. Un problema particolare era che il pedice "c" nella Zc e Pc i simboli intendevano implicare che questi adroni contengono sia quark charm che anticharm (a volte chiamati "fascino nascosto"). Al contrario, il pedice "s" nella Zcs e Pcs simboli implica che questi adroni contengono anche uno strano quark ("stranezza aperta"). Allora, cosa dovrebbero essere nominati gli stati che contengono sia open charm (un quark charm da solo) che stranezza, come scoperto di recente dalla collaborazione con LHCb?
Poiché la gamma di nuovi stati e i loro nomi assegnati rischiavano di lasciare perplessi ulteriormente, noi e i colleghi della collaborazione con LHCb abbiamo deciso che era giunto il momento di provare a ripristinare una parvenza di ordine, almeno per le particelle appena scoperte. Il nostro nuovo schema di denominazione segue alcuni principi guida. In primo luogo, l'idea di base dovrebbe essere abbastanza semplice da essere seguita da non esperti, ottenuta con un simbolo di base di T per tetraquark e P per pentaquark.
Lo schema dovrebbe anche consentire di distinguere tutte le possibili combinazioni; questo viene fatto aggiungendo apici e pedici alla base per denotare da quali quark è composta ciascuna particella e altre informazioni quantistiche. Ma questi dovrebbero essere coerenti con lo schema esistente per mesoni e barioni convenzionali, ottenuto riutilizzando i simboli esistenti.
Tuttavia, i nomi attuali degli adroni esotici dovrebbero essere cambiati. Ad esempio, Zcs e Pcs gli stati sopra menzionati diventeranno noti come Tψs e Pψs , rispettivamente (la particella J/ψ contiene fascino nascosto), risolvendo il problema di distinguere il fascino nascosto da quello aperto riutilizzando ψ per il primo e c per il secondo.
L'ultimo principio guida alla base dello schema è che dovrebbe essere accettato dalla più ampia comunità di fisica delle particelle. Sebbene la collaborazione con LHCb abbia scoperto la maggior parte delle nuove particelle, che tradizionalmente ci danno alcuni diritti di denominazione, ci sono altri esperimenti in corso e pianificati in quest'area e i loro contributi sono essenziali per il progresso del campo. Naturalmente ci sono anche molti teorici in tutto il mondo che lavorano duramente per interpretare le misurazioni che vengono effettuate.
Sia i principi generali che i dettagli del nuovo schema di denominazione sono stati discussi con questi diversi gruppi, con feedback positivi e costruttivi incorporati nella nostra versione finale.
Uno schema di denominazione è una parte importante del linguaggio utilizzato per comunicare tra le persone che lavorano nella fisica delle particelle. Ci auguriamo che questo nuovo schema aiuti nella ricerca in corso per capire come la cosiddetta forza forte confina i quark all'interno degli adroni, per esempio, una caratteristica che sfida una profonda comprensione matematica.
Nuovi risultati sperimentali, comprese le scoperte di nuovi adroni, stanno alimentando miglioramenti nella comprensione teorica. Ulteriori scoperte potrebbero un giorno portare a una svolta. Alla fine, tuttavia, il successo del nuovo schema sarà giudicato dalla frequenza con cui le conversazioni includono la frase:"Ricordami, qual è di nuovo?" + Esplora ulteriormente
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
