El proyecto Large Hadron Collider Beauty (LHCb) ha observado por primera vez una partícula exótica formada por cuatro quarks encantadores.

La colaboración del LHCb ha observado un tipo de partícula de cuatro quarks nunca antes vista. El descubrimiento, presentado en un seminario reciente en el CERN y descrito en un artículo publicado hoy, es probable que sea el primero de una clase de partículas no descubierta anteriormente nunca antes vista por los físicos.

El hallazgo ayudará a los físicos a comprender mejor los quarks, un tipo de partícula elemental que es un bloque de construcción fundamental de toda la materia. Los quarks se forman juntos para formar partículas compuestas conocidas como hadrones, que incluyen protones y neutrones. Este nuevo descubrimiento revolucionario puede ayudar a los científicos a comprender las formas complejas en las que los quarks se unen para formar estos compuestos.

Los quarks suelen combinarse en grupos de dos y tres para formar hadrones. Por décadas, sin embargo, los teóricos han predicho la existencia de hadrones de cuatro y cinco quarks, que a veces se describen como tetraquarks y pentaquarks y en los últimos años experimentos que incluyen el LHCb han confirmado la existencia de varios de estos hadrones exóticos.

Estas partículas hechas de combinaciones inusuales de quarks son un "laboratorio" ideal para estudiar una de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas de la naturaleza. la fuerte interacción que une a los protones, neutrones y los núcleos atómicos que componen la materia. El conocimiento detallado de la interacción fuerte también es esencial para determinar si Los procesos inesperados son un signo de nueva física o simplemente física estándar.

"Las partículas compuestas por cuatro quarks ya son exóticas, y el que acabamos de descubrir es el primero en estar compuesto por cuatro quarks pesados ​​del mismo tipo, específicamente dos quarks de encanto y dos antiquarks de encanto, "dice el portavoz saliente de la colaboración LHCb, Giovanni Passaleva. "Hasta ahora, el LHCb y otros experimentos sólo habían observado tetraquarks con dos quarks pesados ​​como máximo y ninguno con más de dos quarks del mismo tipo ".

Portavoz entrante del LHCb, Chris Parkes de la Universidad de Manchester dijo:"Es un gran placer y un honor asumir el cargo de Portavoz de LHCb. La colaboración incluye más de 1400 miembros de 19 países diferentes, una comunidad que trabaja en conjunto para promover nuestros objetivos científicos. La Universidad de Manchester y las otras diez instituciones del Reino Unido desempeñan un papel de liderazgo en la colaboración.

"El descubrimiento de hoy abre otro capítulo emocionante en este libro científico, permitiéndonos estudiar nuestra teoría de las partículas de materia en un caso extremo. Esta partícula es un caso extremo:es un hadrón exótico, que contiene cuatro quarks en lugar de los dos o tres en las partículas de materia convencionales, y el primero en contener quarks pesados.

"El estudio de un sistema extremo permite a los científicos poner a prueba nuestras teorías. Mediante el estudio de esta partícula, y la esperanza de descubrir más partículas de esta clase en el futuro, probaremos nuestra teoría de cómo se combinan los quarks, que también gobierna a los protones y neutrones ".

El equipo del LHCb encontró el nuevo tetraquark utilizando la técnica de búsqueda de partículas para buscar un exceso de eventos de colisión. conocido como "golpe", sobre un fondo suave de eventos. Examinando todos los conjuntos de datos del LHCb de la primera y segunda ejecución del Gran Colisionador de Hadrones, que tuvo lugar de 2009 a 2013 y de 2015 a 2018 respectivamente, los investigadores detectaron un aumento en la distribución masiva de partículas, que consisten en un quark charm y un antiquark charm.

La protuberancia tiene una significación estadística de más de cinco desviaciones estándar, el umbral habitual para reclamar el descubrimiento de una nueva partícula, y corresponde a una masa en la que se predice que existen partículas compuestas por cuatro quarks encantadores.

Al igual que con los descubrimientos anteriores de tetraquark, no está completamente claro si la nueva partícula es un "verdadero tetraquark", es decir, un sistema de cuatro quarks estrechamente unidos, o un par de partículas de dos quarks unidas débilmente en una estructura similar a una molécula. De cualquier manera, el nuevo tetraquark ayudará a los teóricos a probar modelos de cromodinámica cuántica, la teoría de la interacción fuerte.

El papel, Observación de la estructura en el espectro de masas de pares J / ψ, se publica en el servidor de preimpresión arXiv.