La colaboración LHCb, uno de los cuatro grandes experimentos que operan en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, ha dado un paso importante para cerrar esta brecha. Combinando los datos recopilados durante la primera y segunda ejecución operativa del LHC, el equipo observó correlaciones cuánticas entre pares de hadrones encantadores y antiencanto originados en un solo estado de tetraquark.
Las partículas como los tetraquarks no son partículas elementales, sino estados compuestos formados por varios constituyentes más fundamentales, llamados quarks y gluones. Estos últimos mantienen unidos a los quarks, mediando la fuerza fuerte entre ellos. Los tetraquarks se predicen mediante la teoría de las interacciones fuertes, la cromodinámica cuántica (QCD), y se han buscado extensamente en experimentos de física de partículas de alta energía.
Este último análisis del LHCb revela cómo se forman y desintegran estos estados excepcionales de tetraquark. Las correlaciones cuánticas entre pares de hadrones charm y anti-charm proporcionan información sobre dónde se producen estas partículas dentro del detector LHCb y ofrecen información sobre la dinámica de producción de los tetraquarks.
El equipo de investigación investigó todas las combinaciones posibles de pares de hadrones charm (c) y anti-charm (c‾). La mayoría de los pares, incluidos los que se originan en el mismo estado de tetraquark, muestran preferencia por producirse centralmente en el detector. Esto es lo que se espera para la mayoría de los mecanismos de producción hadrónica que ocurren en colisiones de alta energía. Sin embargo, se observan correlaciones cuánticas para pares de hadrones encantadores y antiencanto que surgen del mismo estado de tetraquark. En este caso, las correlaciones indican que el punto de producción se desplaza hacia el lado donde se encuentran las partículas cargadas (los quarks de valencia del protón) de los protones entrantes. Esto sugiere un posible mecanismo de producción de tetraquarks en el que el gluón emitido por el protón o antiprotón entrante (denominado "pomerón") fluctúa hacia el estado de tetraquark que posteriormente se desintegra en el par de hadrones.
Este análisis del LHCb también proporciona información sobre cómo el estado de tetraquark posteriormente se desintegra en el par de hadrones charm y anti-charm. Las observaciones indican que el estado de tetraquark se convierte en pares de quarks charm y anti-charm, que luego se reorganizan para formar los hadrones finales.
Los resultados de este estudio proporcionan información importante sobre la producción y desintegración del estado de tetraquark observado y ofrecen información complementaria a otras mediciones del LHCb de tales partículas. Los efectos cuánticos observados por primera vez en este trabajo también podrían ayudar en el futuro a distinguir los tetraquarks de otros estados multiquarks.
La colaboración del LHCb espera recopilar más datos en el LHC en el futuro, lo que les permitirá investigar más a fondo las propiedades de los tetraquarks y otras partículas exóticas.
