DOSSIER:
1. "Estamos creando el 'zoo de partículas 2.0'": Científicos descubren tres nuevas fusiones exóticas de quarks
El nuevo tipo de 'pentaquark' y el primer par de 'tetraquarks' de la historia son resultado de varios experimentos realizados en el marco del proyecto LHCb del Gran Colisionador de Hadrones.
Imagen ilustrativa.Siarhei Yurchanka / Legion-Media
El equipo del LHCb, uno de los detectores de partículas instalado en el Gran Colisionador de Hadrones, ha anunciado el descubrimiento de tres nuevas partículas exóticas formadas por un número inusual de quarks, de las que seis décadas atrás solo se había teorizado y que fueron observadas por primera vez hace unos 20 años.
Los quarks, que se presentan en seis tipos distintos, suelen combinarse en grupos de dos o tres para formar hadrones, como los protones y neutrones que componen los núcleos atómicos. Sin embargo, con menos frecuencia pueden combinarse en partículas de cuatro y cinco.
Los llamados 'tetraquarks' y 'pentaquarks' son precisamente estas fusiones que se conocen como exóticas, explicó en un comunicado Chris Parkes, profesor de Física Experimental de Partículas de la Universidad de Manchester que dirige el experimento.
Los resultados del proyecto, que han sido presentados en un seminario de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, añaden tres nuevos miembros exóticos a la creciente lista de nuevas partículas encontradas por los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones: un nuevo tipo de 'pentaquark' y el primer par de 'tetraquarks' de la historia.
Descubrimientos similares a los de hace 70 años
"Mientras más análisis realizamos, más tipos de hadrones exóticos encontramos", afirmó el coordinador de física del LHCb, Niels Tuning, que recordó descubrimientos similares ocurridos en la década de 1950, cuando apareció el término 'zoo de partículas' de hadrones. Ahora, "estamos creando el 'zoo de partículas 2.0'", agregó.
"Encontrar partículas exóticas y medir sus propiedades ayudará a los teóricos a desarrollar un modelo sobre cómo se forman estas partículas, cuya naturaleza exacta se desconoce en gran medida", afirma el científico. "También ayudará a comprender mejor la teoría de las partículas convencionales, como el protón y el neutrón", agregó.
Los científicos esperan encontrar más partículas exóticas en el futuro y lograr entender las generaciones, o familias, en las que se forman. El grupo también dio a conocer que está comenzando a recoger datos con su nuevo detector para el Gran Colisionador de Hadrone, LHC Run 3.
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Fuente:
2. El CERN está creando un zoo de partículas 2.0 con diferentes sabores
Vive un período de descubrimientos similar al de la década de 1950
CERN/T21
El Gran Colisionador de Hadrones ha descubierto tres partículas exóticas nunca vistas, entre las que se encuentran nuevos tipos de hadrones. El descubrimiento ayudará a desarrollar un modelo unificado para los hadrones exóticos y a completar un zoo de partículas 2.0 con diferentes sabores.
La colaboración internacional LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN ha observado tres partículas nunca vistas: un nuevo tipo de "pentaquark" y el primer par de "tetraquarks" de la historia, que además incluye un nuevo tipo de tetraquark.
Estos hallazgos, presentados en un seminario del CERN, incorporan tres nuevos miembros exóticos a la creciente lista de hadrones encontrados en el LHC.
Las nuevas observaciones ayudarán a la comunidad investigadora a comprender mejor cómo se unen los quarks en estas partículas compuestas, los hadrones.
SEIS SABORES
Los quarks son partículas elementales y se presentan en seis sabores: arriba (up), abajo (down), encanto (charm), extraño (strange), cima (top) y fondo (bottom).
Suelen combinarse en grupos de dos y tres para formar hadrones, como los protones y neutrones que componen los núcleos atómicos.
Sin embargo, en raras ocasiones, también pueden combinarse en partículas de cuatro y cinco quarks, denominados "tetraquarks" y "pentaquarks", respectivamente.
Estos últimos hadrones exóticos fueron predichos por los físicos teóricos al mismo tiempo que los hadrones convencionales, hace unas seis décadas. Sin embargo, no habían sido observados experimentalmente hasta hace relativamente poco, en los últimos 20 años.
NUEVOS TIPOS EXÓTICOS
Los descubrimientos anunciados ahora por la colaboración LHCb incluyen nuevos tipos de hadrones exóticos. El primero, observado en un análisis de las desintegraciones de mesones B con carga negativa, es un pentaquark formado por un quark charm, un antiquark charm, un quark up, uno down y uno strange. Es el primer pentaquark que contiene un quark strange.
El hallazgo tiene una significancia estadística de 15 desviaciones estándar, mucho más de las 5 desviaciones estándar que se requieren para afirmar la observación de una partícula en la física de partículas.
El segundo hadrón observado por LHCb es un tetraquark doblemente cargado eléctricamente. Se trata de un tetraquark "open-charm", compuesto por un quark charm, un antiquark strange, un quark up y un antiquark down.
Ha sido descubierto junto a su partícula homóloga neutra en un análisis de las desintegraciones de mesones B cargados positivamente y neutros.
Los nuevos tetraquarks han sido observados con una significancia estadística de 6,5 (para la partícula doblemente cargada) y 8 (para la partícula neutra) desviaciones estándar y el hallazgo representa la primera vez que se observa un par de tetraquarks.
CADA VEZ MÁS
"Cuantos más análisis realizamos, más tipos de hadrones exóticos encontramos", afirma el coordinador de física del LHCb, Niels Tuning. En los dos últimos años, el LHCb ha descubierto varios tipos de hadrones exóticos.
Y añade: "estamos viviendo un periodo de descubrimientos similar al de la década de 1950, cuando se empezó a descubrir un 'zoo de partículas hadrónicas' que finalmente condujo al modelo de quarks de los hadrones convencionales en la década de 1960. Estamos creando un 'zoo de partículas 2.0'".
"Encontrar nuevos tipos de tetraquarks y pentaquarks y medir sus propiedades ayudará a los físicos teóricos a desarrollar un modelo unificado para los hadrones exóticos, cuya naturaleza exacta se desconoce en gran medida", afirma Chris Parkes, portavoz del LHCb. "También ayudará a comprender mejor los hadrones convencionales".
Mientras que algunos modelos teóricos describen los hadrones exóticos como unidades individuales de quarks fuertemente unidos, otros modelos los contemplan como pares de hadrones estándar débilmente unidos en una estructura similar a la de una molécula.
PARTICIPACIÓN ESPAÑOLA
Con la realización de más estudios relacionados con hadrones exóticos, estaremos más cerca de conocer si estas partículas siguen la primera, la segunda o ambas descripciones.
La colaboración científica LHCb está formada por más de 1.500 científicos e ingenieros de 20 países, entre ellos España, destaca CPAN. De nuestro país, participan investigadores de la Universidad de Santiago de Compostela, de la Universidad de Barcelona, de la Universidad Ramon Llull y del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del CSIC y de la Universidad de Valencia.
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REFERENCIA
Particle Zoo 2.0: New tetra- and pentaquarks at LHCb. Chen Chen et al. LHC Seminar.
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Fuente:
