Predecir las propiedades de las partículas subatómicas antes de su descubrimiento experimental ha sido un gran desafío para los físicos. En un artículo reciente publicado el 28 de julio en Cartas de revisión física Nilmani Mathur del Instituto Tata de Investigación Fundamental, Mumbai, y M. Padmanath, un ex alumno de TIFR, han predicho los números cuánticos de cinco Ω ⁰ _C bariones que han sido descubiertos recientemente por un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones (la colaboración LHCb) en el CERN. Estos resultados ayudarán a comprender la naturaleza de las interacciones fuertes en el Universo.

Un barión es una partícula subatómica compuesta formada por tres quarks de valencia y está unida por gluones a través de fuertes interacciones. El barión más conocido es el protón que junto con un electrón constituye un átomo de hidrógeno. Una imagen simplista de un protón es una combinación de dos quarks up y un quark down. En la teoría de las interacciones fuertes, hay seis quarks, cada uno con cargas de tres colores. Esta teoría permite cualquier combinación de un quark y un anti-quark, así como cualquier combinación de tres quarks en un estado de color neutro que da como resultado variedades de partículas subatómicas llamadas mesones y bariones, respectivamente. El descubrimiento de muchos mesones y bariones desde mediados del siglo XX, ha jugado un papel crucial en la comprensión de la naturaleza de las interacciones fuertes. Se espera que se descubran muchos otros mesones y bariones en experimentos en curso en el CERN y en futuros experimentos de alta energía.

Estos bariones recientemente descubiertos se denominan Ω ⁰ _C hecho de dos quarks extraños y un quark encanto. Estos son los estados excitados de Ω ⁰ _C barión muy parecido a los estados excitados del átomo de hidrógeno.

Cromodinámica cuántica (QCD), que se cree que es la teoría de interacciones fuertes, es una teoría altamente no lineal y puede resolverse analíticamente solo a energías muy altas donde la fuerza de las interacciones es bastante pequeña. Hasta la fecha no existe una solución analítica de QCD para obtener las propiedades de las partículas subatómicas, como el protón y Ω _C . Esto exige la implementación numérica de QCD en celosías de espacio-tiempo que se conoce como celosía QCD (LQCD). Los métodos LQCD pueden describir el espectro de partículas subatómicas y también sus propiedades, como constantes de decaimiento. LQCD también juega un papel crucial en la comprensión de la materia a alta temperatura y densidad similar a la condición en las primeras etapas del universo.

En este trabajo, Padmanath y Nilmani predijeron los números cuánticos de estos Ω recién descubiertos ⁰ _C bariones que de otro modo eran desconocidos experimentalmente. De hecho, El trabajo de tesis de Padmanath predijo las masas de estas partículas cuatro años antes de su descubrimiento. Utilizando métodos de vanguardia de LQCD y recursos computacionales del Departamento de Física Teórica y la Iniciativa de Teoría del Calibre de Celosía de la India (ILGTI), realizaron una determinación precisa y sistemática de energías y números cuánticos para la torre de estados excitados de Ω ⁰ _C bariones. Los resultados previstos se comparan con los resultados experimentales (ver tabla). Los números cuánticos previstos de estas partículas ayudarán a comprender las propiedades de estas partículas, lo que a su vez ayudará a comprender la naturaleza de las interacciones fuertes.

Desde 2001, Nilmani y sus colaboradores han predicho las masas de varias otras partículas subatómicas con diferentes contenidos de quarks, algunas de las cuales ya han sido descubiertas (después de que se predijeron) y muchas otras probablemente se descubrirán en experimentos futuros. Por ejemplo, su predicción de la masa de Ξ _cc barión (un barión hecho de dos quarks encanto y un quark ligero) ya en 2001 y hasta 2014 fue confirmado por el descubrimiento de esta partícula el 6 de julio, 2017, por la colaboración LHCb.

Nilmani y Padmanath, junto con otros físicos teóricos de TIFR, están estudiando actualmente las propiedades de varias partículas subatómicas, particularmente aquellos hechos de quarks pesados, utilizando simulaciones por ordenador a gran escala. Utilizan las instalaciones computacionales del centro informático de alto rendimiento de ILGTI en el Balloon Facility, Hyderabad, que alberga una supercomputadora Cray. Los resultados de su trabajo ayudarán a comprender la naturaleza de las interacciones fuertes en el Universo.