Descubren tres nuevas partículas exóticas: Un nuevo tipo de pentaquark y el primer par de tetraquarks

La colaboración internacional LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha observado tres nuevas partículas: un nuevo tipo de ‘pentaquark’ y el primer par de ‘tetraquarks’ jamás detectados, que presenta un nuevo tipo de tetraquark. Con estos resultados, presentados hoy en un seminario del CERN, se añaden tres nuevos objetos exóticos a la lista de nuevos hadrones descubiertos en el LHC. De este modo, los físicos podrán comprender mejor cómo se unen los quarks para formar estas partículas compuestas.

Los quarks son partículas elementales que vienen en seis partes: up (u), down (d), charme (c), étrange (s), top (t) y bottom (b). Por lo general, se ensamblan en grupos de dos o tres para formar hadrones, como los protones y neutrones que forman los núcleos de los átomos. Sin embargo, más raramente, también pueden combinarse en partículas con cuatro o cinco quarks; entonces hablamos de “tetraquarks” y “pentaquarks” respectivamente. Estos hadrones exóticos habían sido predichos hace más de medio siglo por teóricos al mismo tiempo que los hadrones clásicos, pero solo más recientemente, durante los últimos veinte años, han sido observados por LHCb y otros experimentos.

La mayoría de los hadrones exóticos descubiertos en las últimas dos décadas son tetraquarks o pentaquarks que contienen un quark charm y un antiquark charm, y los dos o tres quarks restantes posiblemente sean un quark arriba, abajo o extraño (étrange), o su antiquark. Pero en los últimos dos años, LHCb ha descubierto diferentes tipos de hadrones exóticos. En 2020, la colaboración descubrió un tetraquark compuesto por dos quarks c y dos antiquarks c, así como dos «tetraquarks de encanto aparente», compuestos por un antiquark c, un quark u, un quark d y un antiquark s. Y en 2021, descubrió el primer espécimen de un «tetraquark de doble encanto aparente», que contiene dos quarks c y dos antiquarks (u y d). Se dice que una partícula tiene «encanto aparente» cuando contiene un quark c sin un antiquark equivalente.

Los descubrimientos anunciados hoy por la colaboración LHCb se refieren a nuevos tipos de hadrones exóticos. El primer tipo, observado al analizar las desintegraciones de los mesones B cargados negativamente, es un pentaquark compuesto por un quark c y un antiquark c, y un quark u, un quark d y un quark s. Esta es la primera vez que se encuentra un pentaquark que contiene un quark s. El resultado tiene una significancia estadística de 15 desviaciones estándar, lo cual es impresionante en la física de partículas, solo a partir de 5 desviaciones estándar se puede afirmar la observación de una partícula.

El nuevo pentaquark, un par de hadrones clásicos débilmente unidos en una estructura de tipo molecular, está compuesto por un quark c y un antiquark c, y un quark u, un quark d y un quark s (Imagen: CERN)

El segundo tipo observado es un tetraquark doblemente cargado eléctricamente. Es un tetraquark de encanto aparente compuesto por un quark c, un antiquark s, un quark u y un antiquark d. Se observó con su contraparte neutral en un análisis conjunto de las desintegraciones de mesones B cargados positivamente y mesones B neutrales. Estos nuevos tetraquarks se observaron con una significancia estadística de 6,5 desviaciones estándar (para la partícula doblemente cargada) y 8 desviaciones estándar (para la partícula neutra). Esta es la primera observación de un par de tetraquarks.

“Cuantos más análisis realizamos, más tipos de hadrones exóticos encontramos”, explica Niels Tuning, coordinador de física del LHCb. Ahora vivimos en una era de descubrimientos similar a la que vivimos en la década de 1950, cuando comenzamos a descubrir un verdadero «zoológico de partículas», en este caso hadrones. Así es como se desarrolló el modelo de quarks para hadrones clásicos en la década de 1960. Estamos creando un «zoológico de partículas 2.0″. »

“Encontrar nuevos tipos de tetraquarks y pentaquarks, y medir sus propiedades, ayudará a los teóricos a construir un modelo unificado de hadrones exóticos, aunque la naturaleza exacta de ese modelo se desconoce en gran medida”, dice el portavoz de LHCb, Chris Parkes. . También ayudará a comprender mejor los hadrones clásicos. »

Mientras que algunos modelos teóricos describen los hadrones exóticos como unidades aisladas formadas por quarks fuertemente unidos, otros modelos los ven como pares de hadrones estándar débilmente unidos en una estructura comparable a la de una molécula. Solo el tiempo y estudios posteriores de hadrones exóticos determinarán qué modelo o modelos elegir.

FUENTE.  CERN – https://home.cern/fr/news/news/physics/lhcb-discovers-three-new-exotic-particles

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