Hoy dia, el experimento LHCb en el CERN presentó una medición de las masas de dos partículas particulares con una precisión sin precedentes en un colisionador de hadrones para este tipo de partículas. Hasta ahora, el estudio preciso de estas partículas de "charmonio", fuente invaluable de conocimientos sobre el mundo subatómico, requirió que se construyeran experimentos dedicados.

"Gracias a este resultado, la colaboración del LHCb abre una nueva vía a las mediciones de precisión de partículas de carmonio en colisionadores de hadrones, que fue inesperado por la comunidad de físicos ", dice Giovanni Passaleva, Portavoz de la colaboración LHCb. En efecto, este tipo de medición parecía imposible hasta hace poco.

Las dos partículas χc1 y χc2, son estados excitados de una partícula más conocida llamada J / ψ. Un estado excitado es una partícula que tiene una mayor energía interna, es decir, una masa, que la configuración mínima absoluta que está permitida. El mesón J / ψ y sus estados excitados, también conocido como charmonium, están formados por un quark charm y su corresponsal de antimateria, un encanto antiquark, unidos por la fuerte fuerza nuclear. La observación revolucionaria de J / ψ en noviembre de 1974 provocó cambios rápidos en la física de altas energías en ese momento, y ganó a sus descubridores el Premio Nobel de Física. Al igual que los átomos ordinarios, se puede observar un mesón en estados excitados donde los dos quarks se mueven uno alrededor del otro en diferentes configuraciones, y debido a la famosa equivalencia de energía y masa de Einstein, después de una pequeña cantidad de tiempo, pueden desaparecer y transformarse en algunas otras partículas de masas inferiores. El experimento LHCb estudiado, por primera vez, la transformación particular de los mesones χc1 y χc2 que se descomponen en una partícula J / ψ y un par de muones para determinar algunas de sus propiedades con mucha precisión.

Estudios previos de χc1 y χc2 en colisionadores de partículas han explotado otro tipo de desintegración de estas partículas, con un fotón en el estado final en lugar de un par de muones. Sin embargo, La medición de la energía de un fotón es experimentalmente muy desafiante en el duro entorno de un colisionador de hadrones. Debido a las capacidades especializadas del detector LHCb para medir trayectorias y propiedades de partículas cargadas como muones, y explotar el gran conjunto de datos acumulado durante la primera y segunda ejecución del LHC hasta finales de 2016, fue posible observar las dos partículas excitadas con una excelente resolución de masa. Explotando esta nueva descomposición con dos muones en el estado final, las nuevas mediciones de masas y anchos naturales de χc1 y χc2 tienen una precisión similar y están en buen acuerdo con las obtenidas en experimentos previos dedicados que se construyeron con un enfoque experimental específico muy diferente al que se usa en colisionadores.

"No solo ya no estamos obligados a recurrir a experimentos especialmente diseñados para tales estudios, "continúa Passaleva, "pero también, en el futuro cercano, podremos pensar en aplicar un enfoque similar para el estudio de una clase similar de partículas, conocido como bottomonium, donde los quarks de encanto son reemplazados por quarks de belleza. "Estas nuevas medidas, junto con actualizaciones futuras con conjuntos de datos más grandes de colisiones acumuladas en el LHC, permitirá nuevas, pruebas rigurosas de las predicciones de la cromodinámica cuántica (QCD), que es la teoría que describe el comportamiento de la fuerza nuclear fuerte, contribuyendo al desafío de comprender plenamente las escurridizas características de esta interacción fundamental de la naturaleza.