Físicos de la Colaboración del LHCb del CERN han descubierto una nueva partícula de tetraquark, llamada X(6900), compuesta por dos quarks con encanto y dos antiquarks con encanto.
X (6900), una partícula de tetraquark compuesta de dos quarks encantadores y dos antiquarks encantadores. Crédito de la imagen: CERN.
Los quarks son partículas elementales en forma de punto que normalmente vienen en paquetes de dos (mesones) o tres (bariones), los más familiares de los cuales son el protón y el neutrón, cada uno de ellos compuesto de tres quarks.
Hay seis tipos o sabores de quark para elegir: arriba, abajo, extraño, encantador, inferior y superior. Cada uno de estos también tiene una contraparte de antimateria.
En sus artículos fundamentales de 1964, los físicos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron el modelo de quarks y mencionaron la posibilidad de agregar un par quark-antiquark a una configuración mínima de quarks mesón o barión para formar tetra – y pentaquarks.
Sin embargo, los físicos tardaron 50 años en obtener pruebas experimentales inequívocas de la existencia de estas partículas exóticas.
En abril de 2014, la Colaboración LHCb publicó mediciones que demostraron que la partícula Z(4430)+ está compuesta de cuatro quarks.
Un año después, los físicos del LHCb informaron la observación de dos pentaquarks, Pc(4450)+ y Pc(4380)+.
» Las partículas compuestas por cuatro quarks ya son exóticas, y la que acabamos de descubrir es la primera compuesta por cuatro quarks pesados del mismo tipo, específicamente dos quarks encantadores y dos antiquarks encantadores», dijo el Dr. Giovanni Passaleva, portavoz saliente de la Colaboración LHCb.
«Hasta ahora, el LHCb y otros experimentos solo habían observado tetraquarks con dos quarks pesados como máximo y ninguno con más de dos quarks del mismo tipo.»
El equipo de LHCb encontró el tetraquark X(6900) usando la técnica de caza de partículas de buscar un exceso de eventos de colisión, conocido como ‘bump’, sobre un fondo suave de eventos.
Revisando los conjuntos de datos completos de LHCb de la primera y segunda corridas del Gran Colisionador de Hadrones, que tuvieron lugar de 2009 a 2013 y de 2015 a 2018, respectivamente, detectaron un bache en la distribución de masa de un par de partículas J/ψ, que consisten en un quark charm y un antiquark charm.
La protuberancia tiene una significación estadística de más de cinco desviaciones estándar, el umbral habitual para afirmar el descubrimiento de una nueva partícula, y corresponde a una masa en la que se predice la existencia de partículas compuestas de cuatro quarks de encanto.
«Estas partículas pesadas exóticas proporcionan casos extremos y, sin embargo, teóricamente bastante simples con los que probar modelos que luego se pueden usar para explicar la naturaleza de las partículas de materia ordinarias, como protones o neutrones», dijo el Dr. Chris Parkes, el portavoz entrante de la Colaboración LHCb.
» Por lo tanto, es muy emocionante verlos aparecer en colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones por primera vez.»
El descubrimiento se describe en un documento publicado en el arXiv.org servidor de preimpresión.
R. Aaij et al (Colaboración LHCb). 2020. Observación de la estructura en el espectro de masas del par J/ψ. CERN-EP-2020-115, LHCb-PAPER-2020-011; arXiv: 2006.16957