Al explorar el complejo dominio de las partículas subatómicas, investigadores del Instituto de Ciencias Matemáticas (IMSc) y del Instituto Tata de Investigación Fundamental (TIFR) publicaron recientemente un hallazgo novedoso en la revista Physical Review Letters. . Su estudio ilumina un nuevo horizonte dentro de la cromodinámica cuántica (QCD), arrojando luz sobre partículas subatómicas exóticas y ampliando los límites de nuestra comprensión de la fuerza fuerte.
En el centro de esta exploración se encuentra la enigmática fuerza fuerte fundamental, que genera casi toda la masa de toda la materia visible en el universo. Un puñado de partículas fundamentales, conocidas como quarks, que participan en interacciones intrigantes mediante el intercambio de gluones, crean todas las partículas subatómicas compuestas que eventualmente forman toda la materia visible de nuestro universo.
Para esta comprensión es fundamental la teoría QCD, que gobierna la dinámica de las interacciones fuertes. QCD permite la formación de combinaciones de quarks de color neutro en partículas subatómicas denominadas genéricamente hadrones. Tradicionalmente, los hadrones se han clasificado en dos categorías principales:mesones, como los piones, compuestos por un quark y un antiquark, y bariones, como los protones, compuestos por tres quarks.
Sin embargo, más allá de estas categorías se encuentran hadrones exóticos, incluidos aquellos con cuatro, cinco o seis quarks, e incluso partículas con gluones, como las bolas de pegamento. Hasta hace relativamente poco tiempo, la existencia de estos hadrones exóticos seguía siendo un territorio en gran medida desconocido para los físicos de partículas.
Durante la última década y media, una avalancha de descubrimientos experimentales ha iluminado este dominio previamente oscuro, revelando ricos espectros de hadrones exóticos que desafían las nociones convencionales de fuerza fuerte y desafían nuestra comprensión de las partículas subatómicas.
Entre estos hadrones exóticos se encuentran los tetraquarks, que se componen de cuatro quarks (más precisamente, dos quarks y dos antiquarks). Podrían existir en formas muy compactas o como moléculas débilmente unidas de dos mesones o cualquier otra cosa:sus estructuras precisas siguen siendo un misterio. También se observa que son los exóticos más comunes y se espera que se descubran muchos más en el futuro.
Los estudios teóricos pueden ayudar en estos descubrimientos prediciendo su contenido de quarks y sus posibles rangos de energía. En este trabajo reciente, el Prof. Nilmani Mathur y un becario postdoctoral, el Dr. Archana Radhakrishnan, del Departamento de Física Teórica, TIFR, y el Dr. M. Padmanath del IMSc han predicho la existencia de un nuevo tetraquark. Esta nueva partícula subatómica está compuesta por un quark belleza y un quark encanto junto con dos antiquarks ligeros, y pertenece a una familia de tetraquarks, llamada Tbc :los hermosos y encantadores tetraquarks.
Los investigadores han utilizado las instalaciones computacionales de la Iniciativa india de teoría del calibre de celosía (ILGTI) para realizar este cálculo. La formación de este tetraquark en particular se investigó utilizando las interacciones entre un mesón inferior y uno encantador. Utilizando técnicas variacionales a través de variados espaciamientos de red y masas de quarks ligeros de valencia, este estudio investigó los valores propios de energía de los sistemas de mesones que interactúan dentro de volúmenes finitos y concluyó la existencia de este tetraquark.
De manera similar a la partícula predicha, podría haber otros tetraquarks con el mismo contenido de quarks pero con diferente espín y paridad. Esta predicción llega en un momento fortuito, coincidiendo con el reciente descubrimiento de un tetraquark (Tcc ) que contiene dos quarks charm y dos antiquarks ligeros.
En consecuencia, existe una clara posibilidad de que la partícula recientemente predicha o una variante relacionada se pueda descubrir utilizando metodologías experimentales similares, dado que el rango de energía y la luminosidad necesarios para su producción y detección son cada vez más accesibles.
Además, la energía de unión de la partícula predicha excede la de cualquier tetraquark descubierto y la unión se debilita a medida que aumenta la masa del quark ligero, lo que alude a la intrincada dinámica de interacciones fuertes entre diversos regímenes de masa de quarks, además de dilucidar las características intrigantes de la fuerza fuerte. en la formación de hadrones, particularmente aquellos con quarks pesados.
Esto también aporta una motivación adicional para buscar partículas subatómicas exóticas más pesadas en experimentos de próxima generación, que podrían utilizarse para descifrar la fuerza fuerte y desbloquear todo su potencial.
