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Físicos del CERN descubren una nueva partícula de Charmonium


Los físicos del Gran Colisionador de Hadrones (LHCb) en el CERN descubrieron una partícula desconocida que consiste en un quark encanto y su contraparte de antimateria, el antiquark encanto. La masa y otras propiedades de la nueva partícula, 3 (1D), la ubican de lleno en la familia de Charmonium que incluye el mesón J / ψ más conocido, que en un momento fue la primera partícula que contenía un quark de encanto por descubrir.

Las partículas de charmonium son partículas de dos quarks, llamadas mesones, compuestas de un quark encanto y un antiquark encanto. Los mesones formados por estado ligado de un quark y un antiquark encanto se conocen como charmonium, y el mesón J/ψ es el primer estado excitado del charmonium, es decir, la forma de charmonium con la segunda menor masa en reposo.

Al igual que los átomos, los mesones se pueden observar en estados excitados de mayor energía, en los cuales, los quarks constituyentes de los mesones se mueven entre sí en diferentes configuraciones.

Estas diferentes disposiciones dan lugar a una gama de partículas con diferentes masas y propiedades cuánticas, como el giro, que se puede considerar como la rotación de un sistema alrededor de su eje.

Observar tales estados excitados y medir sus propiedades proporciona una forma de probar modelos de cromodinámica cuántica, la teoría que describe cómo los quarks se pegan entre sí en partículas compuestas.

Además, el conocimiento de la colección completa de estos estados ayuda a identificar estados exóticos con más de tres quarks, como los tetraquarks, que también predice la cromodinámica cuántica, pero que se han descubierto recientemente. Si se tienen en cuenta todos los estados excitados, los científicos pueden estar más seguros de que los restantes son exóticos.

El descubrimiento
Para capturar la nueva partícula de Charmonium, los físicos del Gran Colisionador de Hadrones estudiaron las desintegraciones de los estados de Charmonium producidas en las colisiones de protón a protón en pares de mesones D (las partículas más ligeras que contienen los quarks encanto), utilizando datos registrados entre 2011 y 2018.

Los investigadores midieron el rango de masas de los pares de mesón D y luego sumaron cuántas veces registraron cada valor de masa dentro del rango medido.

Luego buscaron un exceso de eventos, o bulto, en esta distribución de masa, y encontraron un pico nuevo y estrecho en una masa que corresponde a un estado de Charmonium no observado previamente, ψ3 (1D).

La partícula tiene un valor de giro de 3, lo que hace que esta sea la primera observación de un estado de Charmonium con espín-3.

El alto valor de giro podría explicar el ancho estrecho del pico y el hecho de que hayamos tardado tanto en encontrarlo.

"La masa observada (3842.72 MeV / c2) y el ancho natural estrecho (2.79 MeV) sugieren la interpretación del nuevo estado como el estado ψ3 (1D) de Charmonium no observado anteriormente", dijeron los físicos.

"Esto representa el primer estado de Charmonium espín-3 observado".

Referencia del documento científico:
Vanya Belyaev et al. Estudios de quarkonio en el Gran Colisionador de Hadrones. PHIPSI19, 26 de febrero de 2019: Observación de un nuevo estado de Charmonium.

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