La interacción fuerte es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, que une quarks en hadrones como el protón y el neutrón, los bloques de construcción de los átomos. Según el modelo de quark, Los hadrones pueden estar formados por dos o tres quarks, llamados mesones y bariones respectivamente, y denominados colectivamente hadrones convencionales. El modelo de quarks también permite la existencia de los llamados hadrones exóticos, compuesto por cuatro (tetraquarks), cinco (pentaquarks) o más quarks. Se espera un rico espectro de hadrones exóticos al igual que los convencionales. Sin embargo, no se observó ninguna señal inequívoca de hadrones exóticos hasta 2003, cuando el estado X (3872) fue descubierto por el experimento de Belle. En los próximos años, se descubrieron algunos estados más exóticos. La explicación de sus propiedades requiere la existencia de cuatro quarks constituyentes. La identificación de los estados del pentaquark es aún más difícil, y los primeros candidatos fueron observados por el experimento LHCb en 2015. Todos estos estados conocidos contienen como máximo dos quarks pesados:el quark beauty o charm.

Recientemente, mediante el estudio de la distribución de masa invariante de dos mesones J / ψ producidos en colisiones protón-protón en energías de centro de masa de hasta 13 TeV, la colaboración LHCb observó dos estructuras. La estructura más estrecha se describe como un estado de masa de hadrones de aproximadamente 6900 MeV / c ² , denotado como X (6900). Como el mesón J / ψ contiene un encanto (c) y un quark anticharm (bar {c}), el nuevo estado sugiere un contenido mínimo de quarks de ccbar {c} bar {c}, haciéndolo un candidato para los estados tetraquark de cuatro amuletos. La otra estructura, siendo ancho y cercano al doble de la masa en reposo J / ψ, puede deberse a otro tetraquark de mayor ancho o una combinación de varios estados tetraquark superpuestos.

"Es muy emocionante ver la primera evidencia experimental de un tetraquark de cuatro hechizos. La composición única del nuevo estado lo convierte en un laboratorio ideal para obtener información sobre la fuerte interacción dentro de los hadrones, "dice el físico del LHCb que trabaja en la sección INFN de Florencia, Liupan An.

Si bien la cromodinámica cuántica (QCD) es la teoría comúnmente utilizada para describir la interacción fuerte, La comprensión de la estructura interna de un hadrón aún no es posible a partir de los cálculos del primer principio. Se introducen modelos que se aproximan a QCD para explicar el mecanismo de unión de los quarks a los hadrones. En la imagen molecular, un estado exótico está formado por dos hadrones convencionales débilmente ligados como el deuterón. La estructura molecular es actualmente la interpretación preferida de los pentaquarks estrechos observados por LHCb y el estado X (3872).

Sin embargo, se espera que los estados hadrónicos hechos únicamente de quarks pesados ​​estén estrechamente delimitados; por ejemplo, un tetraquark de cuatro amuletos generalmente se considera que está formado por un cc-diquark y un abar {c} bar {c} -antidiquark que se atraen entre sí. El modelo cc-diquark predijo con éxito la masa del barión Ξcc ++ observado por LHCb en 2017. La re-dispersión de hadrones conocidos a través de la interacción fuerte también es posible para crear estructuras que parecen un estado de hadrones. La naturaleza de los estados de cuatro hechizos recientemente observados aún no se ha determinado, aunque se prefiere una interpretación de tetraquark compacto.

"La observación del LHCb abre una nueva ventana para los estudios de espectroscopia de hadrones multiquark. Más estudios de físicos experimentales y teóricos brindarán la oportunidad de comprender la naturaleza del estado de los cuatro encantamientos, "dice Yanxi Zhang, trabajando en el experimento LHCb en la Universidad de Pekín.

"Si la interpretación de cuatro quarks pesados ​​es correcta, Se espera que se descubra un espectro completo de estos estados estrechamente ligados a partir de los datos que LHCb podrá recopilar en un futuro próximo. Medidas de las masas y anchos de estos estados, que se puede predecir en QCD con una precisión relativamente alta, proporcionará una prueba de sondeo de nuestra comprensión de las interacciones fundamentales entre hadrones, "añade Giacomo Graziani de INFN Florencia.

LHCb es uno de los cuatro grandes experimentos ubicados en el acelerador de partículas más potente del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN. El experimento LHCb está dedicado a mediciones de precisión de partículas que contienen quarks de encanto o belleza, con el objetivo de explorar el rompecabezas de asimetría materia-antimateria, buscando evidencia indirecta de nueva física, y sondear la fuerte interacción. La colaboración está formada por más de 1400 físicos e ingenieros de todo el mundo.

"Este es un importante paso adelante en la exploración de la estructura interna y la dinámica de los hadrones". dijo el profesor Yuanning Gao, líder del grupo chino LHCb, "El experimento LHCb ha vuelto a demostrar su capacidad en espectroscopia de sabores intensos, y seguirá contribuyendo a la comprensión de la fuerte interacción ".

La fuerte interacción nos sigue sorprendiendo con nuevas estructuras y nuevos fenómenos después de varias décadas de búsqueda y seguramente lo volverá a hacer en el futuro.