Físicos del CERN descubren una partícula de cuatro quarks encantados


Un tetraquark es un hipotético mesón compuesto de cuatro quarks. Sin embargo, no se ha confirmado la existencia de ningún estado tetraquark hasta la fecha. Ahora, los físicos de la Colaboración LHCb del CERN han anunciado el descubrimiento de una nueva partícula tetraquark, llamada X (6900), compuesta por dos quarks encantados y dos antiquarks encantados.

Los quarks son partículas elementales puntuales que generalmente vienen en paquetes de dos (mesones) o tres (bariones), de los cuales los más familiares son el protón y el neutrón; cada uno está formado por tres quarks.

Hay seis tipos, o sabores, de quark para elegir: arriba, abajo, extraño, encantado, arriba y abajo. Cada uno de estos también tiene su propia contraparte de antimateria.

En los documentos fundamentales de 1964, los físicos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron el Modelo de Quarks y mencionaron la posibilidad de agregar un par de quark y antiquark a una configuración mínima de quarks mesones o bariones para formar las partículas tetraquarks y pentaquarks.

Sin embargo, a los físicos les tomó 50 años obtener evidencia experimental inequívoca de la existencia de estas partículas exóticas.

En abril de 2014, la Colaboración LHCb publicó mediciones que demostraron que la partícula Z (4430) + está compuesta por cuatro quarks.

Un año después, los físicos del LHCb informaron la observación de dos pentaquarks, Pc (4450) + y Pc (4380) +.

"Las partículas formadas por cuatro quarks ya son exóticas, y la que acabamos de descubrir es la primera formada por cuatro quarks pesados ​​del mismo tipo, específicamente dos quarks encantados y dos antiquarks encantados", dijo el Dr. Giovanni Passaleva, portavoz de la Colaboración LHCb.

Hasta ahora, el LHCb y otros experimentos solo habían observado tetraquarks con dos quarks pesados ​​como máximo, y ninguno con más de dos quarks del mismo tipo.

El equipo de LHCb encontró el tetraquark X (6900) utilizando la técnica de búsqueda de partículas para buscar un exceso de eventos de colisión, conocido como "bump" (la protuberancia de una colisión), sobre un fondo liso de eventos.

Al examinar los conjuntos de datos LHCb completos de la primera y segunda ejecución del Gran Colisionador de Hadrones, que tuvieron lugar desde el 2009 al 2013 y del 2015 al 2018, respectivamente, detectaron un aumento en la distribución de masa de un par de partículas J / ψ, que consiste en un quark encantado y un antiquark encantado.

La protuberancia tiene una significación estadística de más de cinco desviaciones estándar, el umbral habitual para proclamar el descubrimiento de una nueva partícula, y corresponde a una masa en la que se predice que existen partículas compuestas por cuatro quarks encantados.

"Estas partículas pesadas exóticas proporcionan casos extremos, pero teóricamente bastante simples, con los que se pueden probar modelos que luego se pueden utilizar para explicar la naturaleza de las partículas de materia ordinaria, como los protones o los neutrones", dijo el Dr. Chris Parkes, portavoz de la Colaboración LHCb.

"Por lo tanto, es muy emocionante verlos aparecer en colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones por primera vez".

Crédito de la imagen: CERN.

Referencia del documento científico:
R. Aaij et al (LHCb Collaboration). 2020. Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum. CERN-EP-2020-115, LHCb-PAPER-2020-011; arXiv: 2006.16957

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