La colaboración del LHCb en el CERN ha anunciado el descubrimiento de una nueva partícula exótica:un llamado "tetraquark". El artículo de más de 800 autores aún no ha sido evaluado 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, llevado a cabo en laboratorios de física de partículas en todo el mundo.

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

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

Muchos físicos lucharon por aceptar que pudieran existir tantas partículas elementales en el universo, en lo que se había conocido como el "zoológico de partículas". George Zweig de Caltech y Murray Gell-Mann del CERN habían encontrado la misma solución. ¿Qué pasaría si todas estas partículas diferentes estuvieran realmente hechas de bloques de construcción desconocidos, de la misma manera que los cientos de elementos de 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, cima, fondo. Estas partículas también tienen respectivas compañeras de antimateria con carga opuesta, que pueden unirse según reglas simples basadas en simetrías. Una partícula formada por 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 describe maravillosamente el zoológico de partículas de la década de 1960. Sin embargo, incluso en su artículo original, Gell-Mann se dio cuenta de que podrían ser posibles otras combinaciones de quarks. Por ejemplo, dos quarks y dos antiquarks pueden unirse para formar un "tetraquark", mientras que cuatro quarks y un antiquark harían un "pentaquark".

Partículas exóticas

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

En los próximos años, se descubrieron varias nuevas partículas exóticas, y los físicos empezaron 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 del CERN descubrió las primeras partículas de pentaquark formadas por 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, deprimido o extraño. Esta configuración particular es de hecho la más fácil de descubrir en experimentos.

Pero el último tetraquark descubierto por LHCb, que ha sido apodado X (6900), se compone de cuatro quarks de encanto. 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 mesones J / psi, cada uno hecho de un quark encanto y un antiquark encanto. Esto lo hace particularmente interesante, ya que no solo está compuesto en su totalidad por quarks pesados, pero 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 ligados, creando lo que llamamos un tetraquark compacto. O podría ser que los quarks estén dispuestos para formar dos mesones, que están pegadas libremente en una "molécula".

Las moléculas ordinarias están formadas por 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, Ambos pueden 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 descubrimientos anteriores. Esto lo hace inusual ya que permitirá a los físicos estudiar en detalle este nuevo mecanismo de unión. También implica la existencia de otros tetraquarks compactos pesados.

Ventana al microcosmos

La gran fuerza que opera entre quarks obedece a reglas muy complicadas, tan complicadas, De hecho, que normalmente la única forma de calcular sus efectos es utilizando aproximaciones y supercomputadoras.

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

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

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.