El experimento LHCb en el CERN ha desarrollado una inclinación por encontrar combinaciones exóticas de quarks, las partículas elementales que se unen para darnos partículas compuestas como el protón y el neutrón más familiares. En particular, LHCb ha observado varios tetraquarks, cuales, Como el nombre sugiere, están formados por cuatro quarks (o más bien dos quarks y dos antiquarks). La observación de estas partículas inusuales ayuda a los científicos a avanzar en nuestro conocimiento de la fuerza fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas en el universo. En un seminario del CERN celebrado virtualmente el 12 de agosto, LHCb anunció los primeros signos de un tipo completamente nuevo de tetraquark con una masa de 2,9 GeV / c²:la primera partícula de este tipo con un solo quark encanto.

Se predijo por primera vez que existía en 1964, Los científicos han observado seis tipos de quarks (y sus contrapartes antiquark) en el laboratorio:arriba, abajo, encanto, extraño, arriba y abajo. Dado que los quarks no pueden existir libremente, se agrupan para formar partículas compuestas:tres quarks o tres antiquarks forman "bariones" como el protón, mientras que un quark y un antiquark forman "mesones".

El detector LHCb del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) está dedicado al estudio de los mesones B, que contienen un fondo o un antibotón. Poco después de producirse en colisiones protón-protón en el LHC, estos mesones pesados ​​se transforman, o "decaen", en una variedad de partículas más ligeras, que pueden sufrir otras transformaciones. Los científicos del LHCb observaron signos del nuevo tetraquark en una de esas desintegraciones, en el que el mesón B cargado positivamente se transforma en un mesón D positivo, un mesón D negativo y un kaon positivo:B ⁺ → D ⁺ D ^- K ⁺ . En total, estudiaron alrededor de 1300 candidatos para esta transformación particular en todos los datos que el detector LHCb ha registrado hasta ahora.

El modelo de quark bien establecido predice que algunos de los D ⁺ D ^- los pares en esta transformación podrían ser el resultado de partículas intermedias, como el mesón ψ (3770), que solo se manifiestan momentáneamente:B ⁺ → ψ (3770) K ⁺ → D ⁺ D ^- K ⁺ . Sin embargo, La teoría no predice intermediarios similares a mesones que resulten en una D ^- K ⁺ par. Por lo tanto, LHCb se sorprendió al ver una banda clara en sus datos correspondiente a un estado intermedio transformándose en un D ^- K ⁺ emparejar a una masa de alrededor de 2,9 GeV / c², o alrededor de tres veces la masa de un protón.

Los datos se han interpretado como la primera señal de un nuevo estado exótico de cuatro quarks:un anticharm, una arriba un down y un antiextrange (c̄uds̄). Todos los estados similares al tetraquark previos observados por LHCb siempre tenían un par encanto-anticharm, resultando en un "sabor de encanto" neto cero. El estado recién observado es la primera vez que se ve un tetraquark que contiene un único amuleto, que ha sido apodado un tetraquark de "encanto abierto".

"Cuando vimos por primera vez el exceso en nuestros datos, pensamos que había un error "dice Dan Johnson, quien dirigió el análisis de LHCb. "Después de años de analizar los datos, ¡Aceptamos que realmente hay algo sorprendente! "

¿Porque es esto importante? Sucede que el jurado aún no sabe qué es realmente un tetraquark. Algunos modelos teóricos favorecen la noción de que los tetraquarks son pares de mesones distintos unidos temporalmente como una "molécula, "mientras que otros modelos prefieren pensar en ellos como una sola unidad cohesiva de cuatro partículas. Identificar nuevos tipos de tetraquarks y medir sus propiedades, como su espín cuántico (su orientación espacial intrínseca) y su paridad (cómo aparecen bajo un espejo) como transformación) - ayudará a pintar una imagen más clara de estos habitantes exóticos del dominio subatómico. Johnson agrega:"Este descubrimiento también nos permitirá poner a prueba nuestras teorías en un dominio completamente nuevo".

Si bien la observación de LHCb es un primer paso importante, Se necesitarán más datos para verificar la naturaleza de la estructura observada en el B ⁺ decaer. La colaboración del LHCb también anticipará la verificación independiente de su descubrimiento a partir de otros experimentos de física B dedicados como Belle II. Mientras tanto, el LHC continúa proporcionando resultados nuevos y emocionantes para que tanto los experimentadores como los teóricos profundicen.