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CIENCIA. Descubren una nueva partícula subatómica: el tetraquark de doble hechizo

 

Dibujo artístico de la nueva partícula, llamada Tcc +, que se compone de dos quarks encantadores, un antiquark up y un antiquark down. (Imagen: CERN)

La nueva partícula es la partícula de materia exótica más longeva jamás encontrada  'doblemente encantadora' que podría ayudar a descubrir los secretos de cómo se construye la materia.

Los científicos del CERN han descubierto la partícula de materia exótica más longeva jamás observada, y tiene el doble de encanto que todo lo descubierto hasta la fecha.

Los físicos aún tienen que profundizar en la naturaleza enigmática de esta partícula recién descubierta, llamada tetraquark de doble hechizo, pero es una mezcla realmente extraña, que contiene una combinación inusual de dos partículas de materia y dos partículas de antimateria. Y la partícula doblemente encantadora es tan extraña que ni siquiera sabemos cómo se unen sus partes.

Las partículas que se combinan para formar el tetraquark, los quarks, son algunos de los bloques de construcción más básicos de la materia y vienen en seis tipos diferentes o "sabores", cada uno con su propia masa y carga: arriba, abajo, arriba, abajo, extraño. y encanto. Aunque los físicos han descubierto muchos tetraquarks en los últimos años, esta adición más reciente, una mezcla de dos quarks encantadores y dos quarks antimateria, es la primera "doblemente encantada", lo que significa que contiene dos quarks encantadores sin antiquarks encantadores para equilibrarlos.

En cuanto a cómo se organizan los quarks dentro del nuevo tetraquark: todas las partículas pueden estar pegadas por igual, pueden ser dos pares de quark-antiquark mezclados libremente en una "molécula" o pueden ser una extraña mezcla de ambos, Matteo Palutan , un físico de partículas de los Laboratorios Nacionales de Frascati en Italia y portavoz adjunto del experimento  del Gran Colisionador de Hadrones (LHCb), dijo a WordsSideKick.com.

El descubrimiento se realizó analizando las desintegraciones de partículas que tuvieron lugar en el Gran Colisionador de Hadrones. (Imagen: Shutterstock)

Debido a que los quarks no pueden existir por sí mismos, se fusionan en varias "recetas" de partículas llamadas hadrones. Las mezclas de tres quarks se denominan bariones, como el protón y el neutrón, y las mezclas de quarks y sus antimateria opuestos se denominan mesones.  

Pero no existe una regla estricta que indique que los quarks solo deben existir en pares o trillizos. Chris Parkes, físico de la Universidad de Manchester en Inglaterra y portavoz del experimento LHCb, dijo que las teorías han predicho la existencia de hadrones que contienen más de dos o tres quarks desde principios de la década de 1960, pero solo en los últimos años los físicos han detectado estos hadrones. combinaciones que aparecen brevemente. El primer tetraquark que se descubrió fue encontrado en 2003 por el experimento Belle en Japón. Desde entonces, los físicos han descubierto toda una serie de hadrones de cuatro quarks y, en 2015, encontraron dos más, clasificados como "pentaquarks", que contenían cinco. 

Estas combinaciones más raras y extrañas de quarks se conocen como partículas exóticas y tienen propiedades inusuales que podrían ayudar a los físicos a comprender mejor, o incluso reescribir, las reglas que gobiernan la materia.

"Hay una amplia gama de predicciones sobre qué estados exóticos deberían verse y cuáles serán sus propiedades", dijo Parkes a WordsSideKick.com, refiriéndose a la plétora de extensiones propuestas al Modelo Estándar, una teoría que describe todas las partículas fundamentales conocidas y sus interacciones, pero omite detalles sobre partículas exóticas y cómo se pueden pegar. "A medida que descubramos más de estos hadrones exóticos, podemos ajustar estos modelos y probar sus predicciones, de modo que podamos aprender más sobre cómo los quarks se combinan para formar hadrones".

Un hombre conduce su bicicleta a lo largo de una sección del acelerador de partículas del CERN. (Imagen: VALENTIN FLAURAUD / AFP a través de Getty Images)

Aunque las partículas exóticas son objetos atractivos para el estudio, su duración increíblemente corta hace que sea difícil investigarlas. La duración de vida comparativamente "larga" del tetraquark de doble hechizo (escrito científicamente como Tcc +) hace que aparezca en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo, durante un poco más de una quintillonésima de segundo antes que él. decae en partículas más ligeras, dijeron los investigadores. 

No obstante, el tetraquark de doble hechizo tiene una vida útil más larga que la mayoría de las partículas exóticas. Esta larga vida, junto con el hecho de que las partículas más pequeñas en las que se desintegra son relativamente fáciles de detectar, lo convierte en un candidato perfecto para los físicos que buscan probar modelos teóricos existentes o sondear efectos previamente ocultos.

Los físicos del LHC encontraron el nuevo tetraquark mediante la "búsqueda de golpes", un método que ha revelado 62 nuevos hadrones desde 2009, incluido el famoso bosón de Higgs en 2012. En pocas palabras, la búsqueda de golpes implica analizar datos de los muchos miles de millones de partículas. interacciones registradas por cada uno de los detectores del LHC. Después de descartar todo el ruido de fondo y las señales de interacciones conocidas, cualquier pico inesperado en las lecturas del sistema podría proporcionar una pista vital de que ocurrió algo más inusual. Las cacerías por golpes pueden llevar de dos a tres años, dijo Parkes.

Por lo general, los tetraquarks se descomponen a través de la fuerza fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, pero no tienen que descomponerse de esa manera. Si bien Tcc + se descompone a través de la fuerza fuerte, los físicos creen que podría señalar el camino hacia un tetraquark aún por descubrir que tiene prohibido descomponerse de esta manera. En teoría, un primo no descubierto de Tcc +, llamado Tbb (que contiene dos quarks inferiores en lugar de dos quarks encantados), debería decaer solo a través de la fuerza débil, dándole una vida útil órdenes de magnitud más larga que la de Tcc + o de cualquier otro quark. , Dijo Palutan a WordsSideKick.com.

Pero debido a que el Tbb es mucho más difícil de encontrar que cualquier otro tetraquark descubierto hasta ahora, es probable que los físicos necesiten un detector más potente para detectarlo. Los datos utilizados para encontrar el Tcc + provienen de las dos temporadas anteriores del LHC en línea, y Parkes cree que es poco probable que los datos de esas carreras produzcan una señal del elusivo Tbb. En cambio, los investigadores planean buscar la partícula en los datos de una nueva ejecución, utilizando un detector actualizado, que comenzará el próximo año.

Fuente: Twice the charm: long-lived exotic particle discovered. CERN.

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