Συγγραφείς του άρθρου είναι οι Harry Cliff από το Πανεπιστήμιο του Cambridge και ο Tim Gershon από το Πανεπιστήμιο του Warwick, μέλη και οι δύο της συνεργσίας LHCb του CERN. Αναφέρονται στο χάος που έχει αρχίσει να επικρατεί με τα ονόματα των υποατομικών σωματιδίων -ιδίως τώρα που ανακαλύπτονται διαρκώς περισσότερα- και προτείνουν ένα νέο σύστημα ονοματοδοσίας που ίσως λύσει το πρόβλημα αυτό. Το άρθρο μπορείτε να το βρείτε εδώ.
Τα τελευταία χρόνια, οι φυσικοί στο Cern έχουν ανακαλύψει μια πληθώρα νέων εξωτικών σωματιδίων που δημιουργούνται κατά τις συγκρούσεις του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (Large Hadron Collider – LHC). Στην πραγματικότητα, αυτά που βρέθηκαν είναι τόσο πολλά, που η συνεργασία μας (LHCb) -η οποία ανακάλυψε 59 από τα 66 πρόσφατα σωματίδια- σκέφτηκε ένα νέο σύστημα ονοματοδοσίας, με σκοπό να μας βοηθήσει να επιβάλουμε κάποια τάξη στον αναπτυσσόμενο “ζωολογικό κήπο” των σωματιδίων.
Η ιστορία της σωματιδιακής φυσικής είναι πολυτάραχη, όσον αφορά την ονομασία των διαφόρων αντικειμένων. Καθώς όλο και περισσότερα σωματίδια ανακαλύπτονταν κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα, η ονοματολογία γινόταν όλο και πιο μπερδεμένη. Για παράδειγμα, στην ομάδα των λεπτονίων, έχουμε ηλεκτρόνια, μιόνια και μετά έχουμε ταύ, αλλά όχι ταυόνια.
Και όταν, κατά δεκαετία του 1970, δύο ανταγωνιζόμενες ομάδες δεν κατάφεραν να συμφωνήσουν για το εάν ένα νέο σωματίδιο που είχαν μόλις ανακαλύψει, το οποίο αποτελείται από δύο κουάρκ (τα μικρότερα δομικά στοιχεία της ύλης) έπρεπε να ονομαστεί J ή ψ, κατέληξαν στην αδέξια λύση της συγχωνευμένης ονομασίας J/ψ.
Ακόμη και σήμερα, οι φυσικοί δεν μπορούν να συμφωνήσουν για την ονομασία του πέμπτου βαρύτερου κουάρκ, εάν δηλαδή θα το αποκαλούν “bottom” ή “beauty’, οπότε χρησιμοποιούν εναλλάξιμα και τις δύο. Και καλύτερα, ας μην αρχίσουμε καν να μιλάμε για την αποκρουστική ονοματολογία της ομάδας των σωματιδίων που προβλέπονται από τη θεωρία της “υπερσυμμετρίας”, βάσει της οποίας κάθε σωματίδιο που γνωρίζουμε έχει επίσης έναν -ακόμη άγνωστο- υπέρ-σύντροφο: sstrange [sic], squark, smuon or gluino κ.ο.κ. Ειλικρινά, πάλι καλά που φαίνεται πως δεν υπάρχουν.
Σύνθετα αδρόνια
Ο επιταχυντής LHC μας έχει δώσει έναν θησαυρό, όσον αφορά σε νέους τύπους των σωματιδίων που ονομάζονται αδρόνια. Πρόκειται για υποατομικά σωματίδια που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα κουάρκ. Αυτά, μέχρι τώρα, χωρίζονταν σε δύο κατηγορίες. Τα βαρυόνια -όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια, τα οποία αποτελούν τον ατομικό πυρήνα- απαρτίζονται από τρία κουάρκ. Από την άλλη, τα μεσόνια αποτελούνται από ένα ζεύγος κουάρκ-αντικουάρκ (κάθε θεμελιώδες σωματίδιο έχει ένα αντισωματίδιο που διαθέτει την ίδια μάζα αλλά αντίθετο φορτίο).
Αν και υπάρχουν μόνο έξι διαφορετικοί τύποι κουάρκ, και μόνο πέντε από αυτούς σχηματίζουν αδρόνια, υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός πιθανών συνδυασμών. Οι σωματιδιακοί φυσικοί, την δεκαετία του 1980 επινόησαν ένα σύστημα ονοματοδοσίας για τα αδρόνια, με ένα σύμβολο για κάθε σωματίδιο που καθιστούσε εύκολο να διακρίνει κανείς το περιεχόμενό του σε κουάρκ, όπως το ελληνικό γράμμα Π για τα πιόνια, τα ελαφρύτερα μεσόνια.
Μέχρι πρόσφατα, όλα τα σωματίδια που ανακαλύπτονταν ταίριαζαν απόλυτα σε αυτό το σύστημα, είτε ως βαρυόνια είτε ως μεσόνια. Όμως, οι επιστήμονες τελικά συνειδητοποίησαν πως θα μπορούσαν να υπάρξουν και πιο περίπλοκα αδρόνια, με περισσότερα από τρία κουάρκ: τα λεγόμενα τετρακουάρκ, που αποτελούνται από δύο κουάρκ και δύο αντικουάρκ, και πεντακουάρκ, που αποτελούνται από τέσσερα κουάρκ και ένα αντικουάρκ (ή το αντίστροφο).
Τα πρώτα σαφή υποψήφια τετρακουάρκ ανακαλύφθηκαν από τις συνεργασίες Belle και BESIII και ονομάστηκαν καταστάσεις Zc (αυτή ήταν μια τυχαία επιλογή – τα X και Y είχαν ήδη χρησιμοποιηθεί για την επισήμανση άλλων καταστάσεων). Ακολούθησε η θεαματική ανακάλυψη των καταστάσεων πεντακουάρκ, με το όνομα Pc, από τη συνεργασία LHCb. Από το 2019 περίπου και μετά, ο ρυθμός με τον οποίο γίνονται νέες ανακαλύψεις επιταχύνεται, με ονόματα όπως X, Zcs, Pcs και Tcc να αποδίδονται κατά περίσταση, οδηγώντας έτσι σε μια αλφαβητική σούπα από σωματίδια.
Η απουσία λογικής που διέπει τα ονόματα που δόθηκαν στα νέα σωματίδια οδήγησε, ίσως αναπόφευκτα, σε κάποια σύγχυση. Το συγκεκριμένο πρόβλημα ήταν πως η χρήση του δείκτη “c” στα σύμβολα Zc και Pc έγινε για να υποδηλώνει ότι τα αδρόνια αυτά περιέχουν και τα δύο κουάρκ -charm και anticharm- μαζί (μερικές φορές αποκαλούνται “hidden charm”). Αντίθετα, ο δείκτης “s” στα σύμβολα Zcs και Pcs υποδηλώνει ότι αυτά τα αδρόνια περιέχουν επίσης και ένα strange κουάρκ (“open strangeness”). Πώς πρέπει, λοιπόν, να ονομάζονται οι καταστάσεις που -όπως βρέθηκε πρόσφατα από τη συνεργασία του LHCb- περιέχουν τόσο ένα open charm (ένα charm κουάρκ μόνο) όσο και μία strangeness;
Dominguez, Daniel/Cern, CC BY-NC
Καθώς το φάσμα των νέων καταστάσεων και των ονομάτων τους κινδύνευε να γίνει ακόμα πιο περίπλοκο, αποφασίσαμε (οι συνεργάτες της LHCb) πως ήταν καιρός να προσπαθήσουμε να αποκαταστήσουμε κάπως την τάξη – τουλάχιστον για τα σωματίδια που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα. Το νέο μας σύστημα ονοματοδοσίας ακολουθεί ορισμένες κατευθυντήριες αρχές. Καταρχάς, η βασική ιδέα θα πρέπει να είναι αρκετά απλή ώστε να μπορούν να συμπλεύσουν οι μη ειδικοί, κάτι που επετεύχθη με το σύμβολο βάσης T για τα τετρακουάρκ και το σύμβολο βάσης P για τα πεντακουάρκ.
Το σύστημα θα πρέπει, επίσης, να επιτρέπει τη διάκριση όλων των πιθανών συνδυασμών. Αυτό γίνεται με την προσθήκη εκθετών και δεικτών στο σύμβολο βάσης, ώστε να δηλώνουν από ποια κουάρκ είναι κατασκευασμένο κάθε σωματίδιο, καθώς και άλλες κβαντικές πληροφορίες. Αυτά όμως θα πρέπει να είναι συνεπή με το υπάρχον σύστημα για τα “παραδοσιακα” μεσόνια και βαρυόνια — κάτι που επιτυγχάνεται με την επαναχρησιμοποίηση υπαρχόντων συμβόλων.
Ωστόσο, τα ονόματα που χρησιμοποιούνται σήμερα για τα εξωτικά αδρόνια θα πρέπει να αλλάξουν. Για παράδειγμα, οι καταστάσεις Zcs και Pcs που αναφέρθηκαν παραπάνω θα γίνουν γνωστές ως Tψs και Pψs, αντίστοιχα (το σωματίδιο J/ψ περιέχει “hidden charm”), λύνοντας το πρόβλημα της διάκρισης του “hidden” charm από το “open” charm, με την επαναχρησιμοποίηση του ψ για το πρώτο και του c για το δεύτερο.
Η τελική κατευθυντήρια αρχή πίσω από το σύστημα είναι πως θα πρέπει να μπορεί να γίνει αποδεκτό από την ευρύτερη κοινότητα της σωματιδιακής φυσικής. Παρά το ότι η συνεργασία LHCb έχει ανακαλύψει τα περισσότερα από τα νέα σωματίδια -κάτι που, παραδοσιακά, μας δίνει κάποια δικαιώματα ονοματοδοσίας- υπάρχουν και άλλα πειράματα σε αυτόν τον τομέα (τρέχοντα και προγραμματισμένα) των οποίων η συμβολή είναι απαραίτητη για την πρόοδο του πεδίου. Φυσικά, υπάρχουν επίσης και πολλοί θεωρητικοί φυσικοί σε όλο τον κόσμο, οι οποίοι εργάζονται σκληρά για να ερμηνεύσουν τις μετρήσεις που γίνονται.
Τόσο οι γενικές αρχές όσο και οι λεπτομέρειες του νέου συστήματος ονοματοδοσίας έχουν συζητηθεί με αυτές τις διαφορετικές ομάδες, με τις θετικές και εποικοδομητικές αποκρίσεις να βρίσκονται ενσωματωμένες στην τελική μας έκδοση.
Ένα σύστημα ονοματοδοσίας αποτελεί ένα σημαντικό μέρος της γλώσσας που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία μεταξύ των ανθρώπων που εργάζονται επάνω στη σωματιδιακή φυσική. Ελπίζουμε ότι αυτό το νέο σύστημα θα βοηθήσει στη συνεχιζόμενη αναζήτηση της κατανόησης του πώς η ισχυρή αλληλεπίδραση περιορίζει τα κουάρκ μέσα στα αδρόνια, για παράδειγμα· ένα χαρακτηριστικό που αψηφά τη βαθιά μαθηματική κατανόηση.
Νέα πειραματικά αποτελέσματα, που συμπεριλαμβάνουν τις ανακαλύψεις νέων αδρονίων, συνεχίζουν βελτιώνουν την θεωρητική μας κατανόηση. Περαιτέρω ανακαλύψεις θα μπορούσαν μια μέρα να οδηγήσουν σε μια σημαντική εξέλιξη. Τελικά, όμως, η επιτυχία του νέου συστήματος θα κριθεί από το πόσο συχνά θα περιλαμβάνουν, οι συζητήσεις, τη φράση: «Θύμισέ μου, ποιό σωματίδιο είπαμε είναι αυτό;»
Πηγή: https://theconversation.com/
