¿Cuántas partículas nuevas ha descubierto el LHC? El descubrimiento más conocido es, por supuesto, el del bosón de Higgs. Menos conocido es el hecho de que, durante los últimos 10 años, Los experimentos del LHC también han encontrado más de 50 nuevas partículas llamadas hadrones. Casualmente, el número 50 aparece en el contexto de los hadrones dos veces, ya que 2021 marca el 50 aniversario de los colisionadores de hadrones:el 27 de enero de 1971, dos haces de protones chocaron por primera vez en el acelerador de Anillos de Almacenamiento Intersectantes del CERN, convirtiéndolo en el primer acelerador de la historia en producir colisiones entre dos haces de hadrones que giran en sentido contrario.

Entonces, ¿qué son estos nuevos hadrones? cual numero 59 en total? Empecemos por el principio:los hadrones no son partículas elementales; los físicos saben que desde 1964, cuando Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron de forma independiente lo que se conoce hoy como modelo de quarks. Este modelo estableció los hadrones como partículas compuestas hechas de nuevos tipos de partículas elementales llamadas quarks. Pero, de la misma manera que los investigadores siguen descubriendo nuevos isótopos más de 150 años después de que Dmitri Mendeleev estableciera la tabla periódica, Los estudios de posibles estados compuestos formados por quarks siguen siendo un campo activo en la física de partículas.

La razón de esto radica en la cromodinámica cuántica, o QCD, la teoría que describe la fuerte interacción que mantiene unidos a los quarks dentro de los hadrones. Esta interacción tiene varias características curiosas, incluyendo el hecho de que la fuerza de la interacción no disminuye con la distancia, que conduce a una propiedad llamada confinamiento de color, que prohíbe la existencia de quarks libres fuera de los hadrones. Estas características hacen que esta teoría sea matemáticamente muy desafiante; De hecho, El confinamiento de color en sí mismo no ha sido probado analíticamente hasta la fecha. Y todavía no tenemos forma de predecir exactamente qué combinaciones de quarks pueden formar hadrones.

¿Qué sabemos entonces sobre los hadrones? En la década de 1960, ya había más de 100 variedades conocidas de hadrones, que fueron descubiertos en experimentos con aceleradores y rayos cósmicos. El modelo de quarks permitió a los físicos describir todo el "zoológico" como diferentes estados compuestos de solo tres quarks diferentes:arriba, deprimido y extraño. Todos los hadrones conocidos podrían describirse como compuestos de tres quarks (formando bariones) o como pares quark-antiquark (formando mesones). Pero la teoría también predijo otros posibles arreglos de quarks. Ya en el artículo original de 1964 de Gell-Mann sobre quarks, la noción de partículas que contienen más de tres quarks apareció como una posibilidad. Hoy sabemos que tales partículas existen, pero se necesitaron varias décadas para confirmar en experimentos los primeros hadrones de cuatro y cinco quarks, o tetraquarks y pentaquarks.

En la siguiente imagen se muestra una lista completa de los 59 nuevos hadrones encontrados en el LHC. De estas partículas algunos son pentaquarks, algunos son tetraquarks y otros son nuevos estados de bariones y mesones de energía superior (excitados). El descubrimiento de estas nuevas partículas, junto con las medidas de sus propiedades, continúa proporcionando información importante para probar los límites del modelo de quark. Esto, a su vez, permite a los investigadores comprender mejor la interacción fuerte, verificar predicciones teóricas y afinar modelos. Esto es especialmente importante para la investigación realizada en el Gran Colisionador de Hadrones, ya que la interacción fuerte es responsable de la gran mayoría de lo que sucede cuando chocan los hadrones. Cuanto mejor podamos comprender la fuerte interacción, Cuanto más precisamente podamos modelar estas colisiones y mayores serán nuestras posibilidades de ver pequeñas desviaciones de las expectativas que podrían sugerir posibles nuevos fenómenos físicos.

Los descubrimientos de hadrones de los experimentos del LHC siguen llegando, principalmente de LHCb, que es particularmente adecuado para estudiar partículas que contienen quarks pesados. El primer hadrón descubierto en el LHC, χb (3P), fue descubierto por ATLAS, y los más recientes incluyen un nuevo barión extraño de belleza excitada observado por CMS y cuatro tetraquarks detectados por LHCb.