La colaboración del LHCb ha detectado una nueva partícula. Su masa y otras propiedades lo colocan directamente en la familia del charmonium que incluye la partícula J / ψ más conocida, que fue la primera partícula que contenía un "quark encanto" que se descubrió y ganó a sus descubridores un premio Nobel de física. Los estudios futuros de las propiedades de este nuevo estado de charmonium y sus parientes ayudarán a los físicos a comprender mejor la fuerte fuerza que une a los quarks. entre las partículas más pequeñas que conocemos.

Las partículas de charmonium son partículas de dos quarks (llamadas mesones) compuestas por un quark encanto y su contraparte de antimateria, el encanto antiquark. Los quarks encantadores son el tercero más masivo de los seis tipos de quarks. Como los átomos Los mesones se pueden observar en estados excitados de mayor energía, en el que los quarks constituyentes de los mesones se mueven entre sí en diferentes configuraciones. Estos diferentes arreglos dan lugar a una gama de partículas con diferentes masas y propiedades cuánticas como el espín, que se puede considerar como la rotación de un sistema alrededor de su eje.

Observar tales estados excitados y medir sus propiedades proporciona una forma de probar modelos de cromodinámica cuántica (QCD), la teoría que describe cómo los quarks se unen en partículas compuestas. Y lo que es más, el conocimiento de la colección completa de estos estados ayuda a identificar estados exóticos con más de tres quarks, como los tetraquarks, que también son predichas por QCD pero que solo se han descubierto recientemente. Si se tienen en cuenta todos los estados excitados, los físicos pueden estar más seguros de que los restantes son exóticos.

Para atrapar la nueva partícula de carmonio, la colaboración LHCb, uno de los cuatro experimentos principales en el Gran Colisionador de Hadrones, estudiaron las desintegraciones de los estados de charmonium producidos en las colisiones protón-protón en pares de mesones D, utilizando datos registrados entre 2011 y 2018; Los mesones D son las partículas más ligeras que contienen quarks encantadores. La colaboración midió el rango de masas de los pares de mesones D y luego sumó cuántas veces registraron cada valor de masa dentro del rango medido. Luego buscaron un exceso de eventos, o golpe, en esta distribución masiva, y encontré una nueva, pico estrecho en una masa que corresponde a un estado de charmonio previamente no observado denominado ψ3 (1D). La partícula tiene un valor de giro de 3, haciendo de esta la primera observación de un estado de charmonium spin-3. El alto valor de giro podría explicar el ancho estrecho del pico y el hecho de que ha tardado tanto en encontrarlo.