Los físicos del CERN han informado de la observación de una nueva partícula previamente desconocida detectada durante un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC).
El descubrimiento, anunciado en la conferencia de Moriondo, representa una importante adición al creciente catálogo de hadrones exóticos y proporciona un nuevo caso de prueba para las teorías que explican la fuerza nuclear fuerte.
Esta partícula se clasifica como barión y tiene una estructura ampliamente comparable a la de un protón. Pero a diferencia del conocido protón, que consta de dos quarks arriba y un quark abajo, este estado recientemente identificado contiene dos quarks charm más pesados junto con un quark abajo.
Reemplazar un quark ligero por un quark charm más pesado produce una partícula aproximadamente cuatro veces la masa de un protón.
partículas raras similares a protones
Esta partícula parecida a un protón pertenece a una categoría de materia conocida como hadrones, que son partículas compuestas formadas por quarks unidos por fuerzas fuertes.
Hay seis tipos de quarks: arriba, abajo, encantador, extraño, superior e inferior, que se combinan en configuraciones específicas para formar bariones (tres quarks) o mesones (pares de quarks y antiquarks).
Si bien los protones y los neutrones son estables, la mayoría de los hadrones son muy inestables y se desintegran casi inmediatamente después de su creación. Esto hace que su detección sea indirecta. Los investigadores reconstruyen su existencia analizando la cascada de partículas más estables producidas durante la descomposición.
Los bariones recientemente observados son particularmente dignos de mención porque rara vez se ven sistemas que contienen dos quarks pesados. Según la colaboración del LHCb, esta es sólo la segunda observación en la que se confirma tal configuración.
Métodos experimentales y significación estadística.
El descubrimiento se realizó utilizando datos recopilados por el detector LHCb durante la tercera operación del Gran Colisionador de Hadrones.
Las colisiones protón-protón de alta energía han producido una amplia gama de partículas de vida corta, incluidos los bariones recientemente identificados.
Los investigadores identificaron la nueva partícula rastreando sus productos de desintegración y reconstruyendo sus propiedades. Esta señal alcanzó un 7 sigma estadísticamente significativo. Esto está muy por encima del umbral de cinco sigma que normalmente se requiere en la física de partículas para establecer un descubrimiento.
Este nivel de certeza indica que es muy poco probable que el resultado se deba a una variación aleatoria.
Aprovechando descubrimientos anteriores
Este hallazgo se basa en trabajos anteriores del experimento LHCb. En 2017, esta colaboración informó sobre un barión estrechamente relacionado que consta de dos quarks charm y un quark up. La única diferencia entre las partículas recién observadas es que el quark arriba ha sido reemplazado por un quark abajo.
A pesar de diferencias estructurales mínimas, las dos partículas exhiben un comportamiento marcadamente diferente. Las últimas mediciones muestran que los nuevos bariones pueden desintegrarse significativamente más rápido que sus predecesores, hasta seis veces más rápido.
Se cree que este contraste se debe a complejos efectos cuánticos que afectan la forma en que los quarks interactúan dentro de la partícula.
Cromodinámica cuántica e implicaciones para futuras investigaciones.
El descubrimiento se suma a un conjunto de datos experimentales relacionados con la cromodinámica cuántica (QCD), una teoría que explica cómo las fuerzas fuertes unen los quarks.
Aunque la QCD está bien establecida, sigue siendo difícil predecir el comportamiento de los sistemas multiquark, especialmente aquellos que contienen quarks pesados.
Al ampliar el espectro conocido de hadrones, este resultado proporciona a los teóricos nuevos puntos de datos para perfeccionar sus modelos de interacciones de quarks. También ayuda a revelar cómo las diferentes combinaciones de quarks afectan la estabilidad de las partículas y la dinámica de desintegración.
Esta adición eleva a aproximadamente 80 el número de hadrones identificados mediante experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones y destaca el papel continuo de la instalación en el sondeo de la subestructura de la materia.
Se espera que el detector LHCb mejorado, terminado en 2023, produzca más descubrimientos a medida que continúe la recopilación de datos. Los investigadores esperan que surjan partículas aún más raras y exóticas, que proporcionen conocimientos más profundos sobre las fuerzas que gobiernan los componentes fundamentales del universo.
Por ahora, la identificación de esta nueva partícula representa otro paso incremental pero significativo en el mapeo del complejo panorama de la física de partículas.
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