Descubren en el acelerador de partículas signos de una nueva clase de materia desconocida
Teóricos de las universidades de Pittsburgh y
Swansea han demostrado que resultados experimentales recientes del colisionador
CERN brindan fuerte evidencia de una nueva forma de materia. El experimento en
el CERN, sede del colisionador de partículas de mayor energía del mundo,
examinó una partícula pesada llamada Lambda b que se descompone en partículas
más ligeras, incluido el familiar protón y el famoso J/psi, descubierto en
1974.
En un artículo publicado en Physical Review D, los
físicos Tim Burns de Swansea en Gales y Eric Swanson de Pittsburgh argumentan
que los datos solo pueden entenderse si existe un nuevo tipo de materia.
La mayor parte de la masa observable del universo
proviene de partículas llamadas quarks que se combinan para formar los
familiares protones y neutrones y un grupo de otras partículas que interactúan
con mucha más fuerza que los electrones o los neutrinos. Estas partículas que
interactúan fuertemente se conocen colectivamente como hadrones, descritos en
la teoría de la cromodinámica cuántica. A pesar de que esta teoría se acerca a
su 50 cumpleaños, sigue siendo muy difícil discernir su funcionamiento interno.
"La cromodinámica cuántica es el hijo
problemático del modelo estándar", dijo Swanson. "Aprender lo que
dice sobre los hadrones requiere ejecutar las computadoras más rápidas del
mundo durante años, lo que dificulta responder las docenas de preguntas que
plantea este único experimento". Por esta razón, hacer experimentos con
hadrones e interpretar correctamente los resultados es vital para comprender la
cromodinámica cuántica.
Hasta hace poco, todos los hadrones podían
entenderse como combinaciones de un quark y un antiquark, como el J/psi, o
combinaciones de tres quarks, como el protón. A pesar de esto, durante mucho
tiempo se ha sospechado que son posibles otras combinaciones de quarks, lo que
equivale a nuevas formas de materia. Luego, en 2004 se produjo el
descubrimiento de una partícula llamada X(3872), que parecía ser una
combinación de dos quarks y dos antiquarks. Desde entonces han aparecido otras
novedades candidatas, aunque ninguna de ellas puede identificarse
definitivamente como nuevas combinaciones exóticas de quarks. "A veces, un
bache en los datos es algo maravilloso y otras veces es solo un bache",
dijo Swanson.
El nuevo trabajo combina los datos del CERN con
otros experimentos de 2018 y 2019 para llegar a una explicación coherente de
todos los hallazgos.
"Tenemos un modelo que explica los datos
maravillosamente y, por primera vez, incorpora todas las restricciones
experimentales", dijo Burns. La explicación requiere la existencia de
varias partículas nuevas que constan de cuatro quarks y un antiquark, llamadas
"pentaquarks". La investigación también indica que los pentaquarks
están justo en el umbral para ser observados en otros laboratorios.
"Realmente no hay otra forma de interpretar los
datos: deben existir estados de pentaquark", dijo Burns. La conclusión
plantea la posibilidad de que otros pentaquarks sean posibles y que toda una
nueva clase de materia esté a punto de ser descubierta.
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