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CERN: los físicos informan sobre el descubrimiento de una nueva partícula única

La colaboración de LHCb en el CERN ha anunció el descubrimiento de una nueva partícula exótica: un llamado "tetraquark". los papel por más de 800 autores aún no han sido evaluados por otros científicos en un proceso llamado "revisión por pares", pero ha sido presentado en un seminario. También cumple con el umbral estadístico habitual para reclamar el descubrimiento de una nueva partícula.

El hallazgo marca un gran avance en una búsqueda de casi 20 años, realizada en laboratorios de física de partículas en todo el mundo.

Para comprender qué es un tetraquark y por qué el descubrimiento es importante, necesitamos retroceder en el tiempo hasta 1964, cuando la física de partículas estaba en medio de una revolución. Beatlemania acababa de explotar, la guerra de Vietnam estaba en su apogeo y dos jóvenes radioastrónomos en Nueva Jersey acababan de descubrir el La evidencia más fuerte de la teoría del Big Bang.

En el otro lado de los EE. UU., En el Instituto de Tecnología de California, y en el otro lado del Atlántico, en el CERN en Suiza, dos físicos de partículas estaban publicando dos documentos independientes sobre el mismo tema. Ambos trataban sobre cómo dar sentido a la enorme cantidad de partículas nuevas que se habían descubierto en las últimas dos décadas.

Muchos físicos lucharon por aceptar que tantos partículas elementales podría existir en el universo, en lo que se había conocido como el "zoológico de partículas". George Zweig del CERN y Murray Gell-Mann de Caltech había encontrado la misma solución. ¿Qué pasaría si todas estas partículas diferentes estuvieran realmente hechas de bloques de construcción más pequeños y desconocidos, de la misma manera que los cientos de elementos en la tabla periódica están hechos de protones, neutrones y electrones? Zweig llamó a estos bloques de construcción "ases", Mientras que Gell-Mann eligió el término que todavía usamos hoy:"quarks. "

Ahora sabemos que hay seis tipos diferentes de quarks: arriba, abajo, encanto, extraño, arriba, abajo. Estas partículas también tienen respectivas compañeros antimateria con carga opuesta, que puede unirse de acuerdo con reglas simples basadas en simetrías. Una partícula hecha de un quark y un antiquark se llama "mesón"; mientras que tres quarks unidos forman "bariones". Los protones y neutrones familiares que forman el núcleo atómico son ejemplos de bariones.

Este esquema de clasificación describió bellamente el zoológico de partículas de la década de 1960. Sin embargo, incluso en su artículo original, Gell-Mann se dio cuenta de que otras combinaciones de quarks podrían ser posibles. Por ejemplo, dos quarks y dos antiquarks podrían unirse para formar un "tetraquark", mientras que cuatro quarks y un antiquark harían un "pentaquark".

Partículas Exóticas

Avance rápido a 2003, cuando el Belle experimento en el laboratorio KEK en Japón informó la observación de un nuevo mesón, llamado X (3872), que mostró propiedades "exóticas" bastante diferentes de los mesones ordinarios.

En los años siguientes, se descubrieron varias partículas exóticas nuevas, y los físicos comenzaron a darse cuenta de que la mayoría de estas partículas solo podrían explicarse con éxito si fueran tetraquarks hechos de cuatro quarks en lugar de dos. Luego, en 2015, el experimento LHCb en el CERN descubrió el primer partículas pentaquark hecho de cinco quarks.

Todos los tetraquarks y pentaquarks que se han descubierto hasta ahora contienen dos quarks encantadores, que son relativamente pesados, y dos o tres quarks ligeros: arriba, abajo o extraños. Esta configuración particular es de hecho la más fácil de descubrir en experimentos.

Pero el último tetraquark descubierto por LHCb, que se ha denominado X (6900), está compuesto por cuatro quarks encantadores. Producido en colisiones de protones de alta energía en el Gran Colisionador de Hadrones, el nuevo tetraquark se observó a través de su desintegración en pares de partículas conocidas llamadas J / psi mesones, cada uno hecho de un quark de encanto y un antiquark de encanto. Esto lo hace particularmente interesante, ya que no solo está compuesto enteramente de quarks pesados, sino también cuatro quarks del mismo tipo, lo que lo convierte en un espécimen único para probar nuestra comprensión sobre cómo se unen los quarks.

Por ahora, hay dos modelos diferentes que podrían explicar cómo se unen los quarks: podría ser que estén fuertemente unidos, creando lo que llamamos un tetraquark compacto. O podría ser que los quarks están dispuestos para formar dos mesones, que se unen libremente en una "molécula".

Las moléculas ordinarias están hechas de átomos unidos por la fuerza electromagnética, que actúa entre núcleos cargados positivamente y electrones cargados negativamente. Pero los quarks en un mesón o barión están conectados a través de una fuerza diferente, la "fuerza fuerte". Es realmente fascinante que los átomos y los quarks, siguiendo reglas muy diferentes, puedan formar objetos complejos muy similares.

La nueva partícula parece ser más consistente con ser un tetraquark compacto en lugar de una molécula de dos mesones, que fue la mejor explicación para los descubrimientos anteriores. Esto lo hace inusual, ya que permitirá a los físicos estudiar este nuevo mecanismo de enlace en detalle. También implica la existencia de otros tetraquarks pesados ​​compactos.

Ventana al microcosmos

La fuerza fuerte que opera entre los quarks obedece a reglas muy complicadas, tan complicadas que, de hecho, la única forma de calcular sus efectos es usar aproximaciones y supercomputadoras.

La naturaleza única de la X (6900) ayudará a comprender cómo mejorar la precisión de estas aproximaciones, de modo que en el futuro podamos describir otros mecanismos más complejos en física que hoy no están a nuestro alcance.

Desde el descubrimiento de la X (3872), el estudio de partículas exóticas ha prosperado, con cientos de físicos teóricos y experimentales trabajando juntos para arrojar algo de luz sobre este emocionante nuevo campo. El descubrimiento del nuevo tetraquark es un gran avance y es una indicación de que todavía hay muchas partículas exóticas nuevas por ahí, esperando que alguien las descubra.La conversación

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.

Credito de imagen: CERN

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