La partícula a1 producida en la colisión se descompone en dos partículas K * y K-quer. Estos interactúan entre sí para producir las dos partículas pi y f0. Crédito:Bernhard Ketzer / Uni Bonn
Un estudio internacional dirigido por la Universidad de Bonn ha encontrado evidencia de un efecto buscado durante mucho tiempo en los datos del acelerador. La llamada "singularidad triangular" describe cómo las partículas pueden cambiar sus identidades mediante el intercambio de quarks, imitando así una nueva partícula. El mecanismo también proporciona nuevos conocimientos sobre un misterio que durante mucho tiempo ha desconcertado a los físicos de partículas:protones, los neutrones y muchas otras partículas son mucho más pesadas de lo que cabría esperar. Esto se debe a las peculiaridades de la fuerte interacción que mantiene unidos a los quarks. La singularidad del triángulo podría ayudar a comprender mejor estas propiedades. La publicación ya está disponible en Cartas de revisión física .
En su estudio, los investigadores analizaron datos del experimento COMPASS en la Organización Europea para la Investigación Nuclear CERN en Ginebra. Allí, ciertas partículas llamadas piones alcanzan velocidades extremadamente altas y se disparan contra los átomos de hidrógeno.
Los piones constan de dos bloques de construcción, un quark y un anti-quark. Estos se mantienen unidos por la fuerte interacción, como dos imanes cuyos polos se atraen entre sí. Cuando los imanes se alejan unos de otros, la atracción entre ellos disminuye sucesivamente. Con la interacción fuerte es diferente:aumenta en línea con la distancia, similar a la fuerza de tracción de una banda elástica que se estira.
Sin embargo, el impacto del pión sobre el núcleo de hidrógeno es tan fuerte que esta banda elástica se rompe. La "energía de estiramiento" almacenada en él se libera de una vez. "Esto se convierte en materia, que crea nuevas partículas, "explica el Prof. Dr. Bernhard Ketzer del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear de la Universidad de Bonn." Experimentos como estos, por lo tanto, nos proporcionan información importante sobre la interacción fuerte ".
El Prof.Dr. Bernhard Ketzer (izquierda) y Mathias Wagner (derecha) explican un proceso especial en la dispersión de piones de alta energía en protones, la llamada singularidad triangular. Crédito:Volker Lannert / Uni Bonn
Señal inusual
En 2015, Los detectores COMPASS registraron una señal inusual después de tal prueba de choque. Parecía indicar que la colisión había creado una nueva partícula exótica durante unas pocas fracciones de segundo. "Las partículas normalmente constan de tres quarks, esto incluye los protones y neutrones, por ejemplo, o como los piones, de un quark y un antiquark, ", dice Ketzer." Este nuevo estado intermedio de corta duración, sin embargo, parecía consistir en cuatro quarks ".
Junto con su grupo de investigación y colegas de la Universidad Técnica de Munich, el físico ahora ha sometido los datos a un nuevo análisis. "Pudimos demostrar que la señal también se puede explicar de una manera diferente, es decir, por la singularidad triangular antes mencionada, ", enfatiza. Este mecanismo fue postulado ya en la década de 1950 por el físico ruso Lev Davidovich Landau, pero aún no se ha probado directamente.
El equipo del Prof. Dr. Bernhard Ketzer desarrolló el instrumento de medición. Crédito:Volker Lannert / Uni Bonn
De acuerdo a esto, la colisión de partículas no produjo un tetraquark en absoluto, pero un intermedio quark-antiquark completamente normal. Esta, sin embargo, se desintegró de nuevo de inmediato, pero de una manera inusual:"Las partículas involucradas intercambiaron quarks y cambiaron sus identidades en el proceso, "dice Ketzer, quien también es miembro del Área de Investigación Transdisciplinaria "Building Blocks of Matter e Interacciones Fundamentales" (TRA Matter). "La señal resultante se ve exactamente igual a la de un tetraquark con una masa diferente". Esta es la primera vez que se detecta una singularidad triangular de este tipo que imita directamente una nueva partícula en este rango de masas. El resultado también es interesante porque permite nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la interacción fuerte.
El mecanismo de Higgs solo puede explicar una pequeña fracción de la masa del protón
Protones neutrones, los piones y otras partículas (llamadas hadrones) tienen masa. Obtienen esto del llamado mecanismo de Higgs, pero obviamente no exclusivamente:un protón tiene aproximadamente 20 veces más masa de la que puede explicarse por el mecanismo de Higgs solo. "La mayor parte de la masa de hadrones se debe a la fuerte interacción, "Explica Ketzer." Exactamente cómo se producen las masas de hadrones, sin embargo, aún no está claro. Nuestros datos nos ayudan a comprender mejor las propiedades de la interacción fuerte, y quizás las formas en que contribuye a la masa de partículas ".
