Los científicos del LHC encuentran tres partículas exóticas y comienzan a buscar más


Los físicos dicen que han encontrado evidencia en los datos del Gran Colisionador de Hadrones de Europa para tres combinaciones de quarks nunca antes vistas, justo cuando el triturador de partículas más grande del mundo está comenzando una nueva ronda de experimentos de alta energía.

Los tres tipos exóticos de partículas, que incluyen dos combinaciones de cuatro quarks, conocidas como tetraquarks, más una unidad de cinco quarks llamada pentaquark, son totalmente consistentes con el Modelo Estándar, la teoría de décadas de antigüedad que describe la estructura de los átomos.

Por el contrario, los científicos esperan que la ejecución actual del LHC arroje evidencia de física que vaya más allá del modelo estándar para explicar la naturaleza de fenómenos misteriosos como la materia oscura. Tal evidencia podría apuntar a nuevos conjuntos de partículas subatómicas, o incluso a dimensiones adicionales en nuestro universo.

Un nuevo tipo de pentaquark, que se muestra como un par de hadrones estándar unidos libremente en una estructura similar a una molécula, se compone de un quark extraño, un encanto y un quark arriba, además de un quark abajo y un antiquark encanto. Crédito: CERN

El LHC estuvo cerrado durante tres años para actualizar sus sistemas y manejar niveles de energía sin precedentes. Ese cierre terminó en abril y, desde entonces, los científicos e ingenieros del centro de investigación CERN en la frontera franco-suiza se han estado preparando para la reanudación de las operaciones científicas de hoy.

El centro de control del CERN estaba lleno de actividad cuando el LHC comenzó su tercera ejecución de recopilación y análisis de datos.

“Es un momento mágico ahora”, dijo la directora general del CERN, Fabiola Gianotti, durante la transmisión por Internet de hoy. “Acabamos de tener colisiones a una energía sin precedentes, 13,6 teraelectronvoltios, y esto abre una nueva era de exploración en el CERN”.

Gianotti dijo que los científicos del LHC esperan recopilar tantos datos durante esta tercera ejecución como los que recopilaron en el transcurso de 13 años durante las dos ejecuciones anteriores del colisionador. “Esto, por supuesto, aumentará nuestras oportunidades de descubrimiento o de comprensión de las leyes fundamentales del universo”, dijo.

Aquí se ilustran dos nuevos tetraquarks como unidades individuales de quarks estrechamente unidos. Una de las partículas está compuesta por un quark encanto, un antiquark extraño y un quark arriba y un antiquark abajo (izquierda), y la otra está compuesta por un quark encanto, un antiquark extraño y un antiquark arriba y un quark abajo (derecha) . Crédito: CERN

El anillo de imanes superconductores de 27 kilómetros de diámetro y sus detectores de partículas estarán en funcionamiento las 24 horas del día durante casi cuatro años durante la ejecución 3.

El inicio de la carrera de hoy se produce 10 años y un día después de que los físicos del LHC anunciaran su mayor descubrimiento hasta la fecha: evidencia de la existencia del bosón de Higgs, una partícula subatómica que ayuda a explicar el fenómeno de la masa.

Los tres nuevos tipos de partículas subatómicas, descritos hoy durante un seminario del CERN, no son revelaciones al nivel de Higgs. Pero sí sugieren que el LHC está en camino para descubrir aún más bloques de construcción del universo nunca antes vistos.

El Gran Colisionador de Hadrones hace chocar protones a velocidades cercanas a la velocidad de la luz para estudiar combinaciones de quarks que se conocen como hadrones.

“Cuantos más análisis realizamos, más tipos de hadrones exóticos encontramos”, dijo Niels Tuning, coordinador de física del detector LHCb del colisionador, en un comunicado de prensa. “Estamos presenciando un período de descubrimiento similar a la década de 1950, cuando comenzó a descubrirse un ‘zoológico de partículas’ de hadrones y, en última instancia, condujo al modelo de quark de hadrones convencionales en la década de 1960. Estamos creando ‘Particle Zoo 2.0′».

El portavoz de LHCb, Chris Parkes, dijo que estudiar nuevas combinaciones de quarks «ayudará a los teóricos a desarrollar un modelo unificado de hadrones exóticos, cuya naturaleza exacta se desconoce en gran medida».

La mayoría de los hadrones no son tan exóticos. Los protones y los neutrones, por ejemplo, están formados por tres quarks unidos. (De hecho, el origen de la palabra «quark» se remonta a una línea de «Finnegan’s Wake» de James Joyce: «¡Tres quarks para Muster Mark!»). Los piones son combinaciones de dos quarks.

Las combinaciones de cuatro y cinco quarks son mucho más raras y se cree que existen solo un instante antes de descomponerse en diferentes tipos de partículas.

Los quarks vienen en seis «sabores» diferentes: arriba y abajo, arriba y abajo, encanto y extraño. El equipo del LHCb analizó las desintegraciones de los mesones B cargados negativamente y vio evidencia de la existencia de un pentaquark que consiste en un quark charm y un antiquark charm, además de un quark up, down y strange. Es el primer pentaquark conocido que incluye un quark extraño.

Los dos tetraquarks recientemente identificados incluyen una combinación de cuatro quarks «doblemente cargados eléctricamente»: un quark encanto, un antiquark extraño, un quark arriba y un antiquark abajo.

Ese tetraquark fue visto en combinación con su contraparte neutral, que tiene un quark encanto, un antiquark extraño, un antiquark arriba y un quark abajo. El CERN dice que esta es la primera vez que se observan juntos un par de tetraquarks.

Algunos modelos teóricos visualizan hadrones exóticos como unidades individuales de quarks fuertemente unidos. Otros los ven como pares de hadrones estándar que se unen libremente, de manera similar a la forma en que los átomos se unen para formar moléculas.

“Solo el tiempo y más estudios de hadrones exóticos dirán si estas partículas son una, la otra o ambas”, dice el CERN.

Con información del CERN

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