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Todo lo que tienes que saber sobre el Tetraquark que acaban de descubrir en el CERN

Se trata de la partícula de materia exótica más longeva que hemos descubierto hasta el momento

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Imagen: Benjamin Currie

El experimento del Gran Colisionador de Hadrones-b (LHCb, por sus siglas en inglés) del CERN presentó su último descubrimiento la semana pasada. Con todos ustedes: el tetraquark, la partícula de materia exótica más longeva que hemos descubierto hasta el momento.

Los quarks son los componentes básicos de toda la materia. Son partículas subatómicas que se combinan para formar hadrones, el grupo que incluye los protones y neutrones. (En otras palabras, los quarks son más pequeños que los elementos más pequeños). Los protones y los neutrones están formados por tres quarks, pero la partícula de hadrones que acaban de descubrir está formada por cuatro, lo que la convierte en una especie de tetraquark. El primer tetraquark fue descubierto oficialmente en 2003.

Los quarks tienen compañeros de antimateria; sus gemelos malvados, por así decirlo. Este nuevo tetraquark está formado por dos quarks pesados ​​y dos antiquarks ligeros, unidos en una sola partícula.

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Las partículas exóticas como esta se pueden crear dentro de aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones, pero entran y salen de la existencia extremadamente rápido. Se considera que esta nueva partícula tiene una extensa vida útil antes de que llegue a descomponerse, pero “extensa” en este caso sigue siendo una cantidad tan corta que difícilmente se puede medir en términos humanos. Su vida útil es probablemente un poco más larga que una quintillonésima parte de un segundo, explicaba Patrick Koppenburg, físico del Instituto Nacional Holandés de Física Subatómica y miembro del equipo LHCb del CERN.

“Nunca podremos medir su vida útil directamente”, explicó Koppenburg por correo electrónico a Gizmodo.

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La diferencia entre unos quarks y otros está en su masa y en su carga, lo que les da seis números cuánticos posibles: arriba, abajo, encima, debajo, extraño y encanto (sí, esta nomenclatura es real). El nuevo tetraquark es el primer hadrón exótico que está “doblemente encantado”, lo que significa que sus dos quarks de encanto están presentes junto a antiquarks no encantados. “Los quarks pueden verse como bloques de Lego, por lo que el simple hecho de descubrir una nueva combinación de cuatro quarks que no se han observado antes no es necesariamente emocionante. Lo interesante de este estudio es CÓMO se combinan esas partículas, porque esto puede enseñarnos cómo los quarks se unen ”, dijo Freya Blekman, física de partículas elementales de la Vrije Universiteit de Bruselas que no participó en este experimento. “Creo que es un resultado muy emocionante”.

Como muchos otros estados de quarks, este tetraquark de doble encanto se encontró en el LHCb utilizando un método llamado búsqueda de golpes. Básicamente, los investigadores activan el acelerador de partículas y dejan que las partículas choquen, manteniendo los ojos bien abiertos para detectar una cantidad inesperada de energía o de masa en el sistema. Cuando obtienen resultados que no están sincronizados con el ruido básico del sistema y después de haber filtrado las señales irrelevantes, los investigadores entienden que han tropezado con algo nuevo; fue este mismo sistema el que reveló la existencia del bosón de Higgs en 2012. Los 62 hadrones descubiertos hasta ahora en el Gran Colisionador de Hadrones básicamente han sido sacados a la luz por la física extrema del acelerador y el vasto equipo que trabaja con todos esos datos y esta maquinaria.

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Los hallazgos de los colisionadores de partículas mejoran la comprensión de los físicos sobre cómo interactúan las partículas fundamentales. “Si realmente quieres conocer a alguien, lo pones en una situación extrema. Lo que estamos haciendo con estos tetraquarks y pentaquarks es llevar a la teoría a situaciones extremas, que no son las corrientes que hemos observado durante los últimos 60 años ”, explicaba Marek Karliner, físico de partículas de la Universidad de Tel Aviv. “Resultó que este diseño particular del experimento LHCb es ideal para buscar nuevos hadrones”.

El tetraquark de doble encanto (denominado científicamente como Tcc+) se descompone tan lentamente porque es ligeramente más pesado que las partículas en las que se descompone. Su extraña configuración lo coloca en una clase de candidatos para estados hadrónicos exóticos estables. Los resultados anteriores del LHCb permitieron a los físicos teóricos predecir en 2017 que un tetraquark similar, llamado Tbb, podría ser completamente estable, lo que significa que no se descompondría en absoluto a través de la fuerza de una interacción fuerte.

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“Será un gran avance en la física de partículas, si se prueba el descubrimiento de un nuevo tipo de tetraquark con dos quarks pesados ​​y dos antiquarks ligeros”, dijo Rui-Lin Zhu, físico teórico de la Universidad Normal de Nanjing por correo electrónico. “Este descubrimiento del tetraquark de doble encanto en julio de 2021 es el triunfo absoluto de las predicciones teóricas”.

Karliner, coautor de la predicción de 2017, dijo que estox experimentos validaron su trabajo anterior y destacaron las fortalezas del LHCb como instrumento para la búsqueda de partículas. “Ahora gobiernan el universo hadrónico”, dijo sobre el equipo del LHCb. “Han arrinconado el mercado de hadrones exóticos (quizás no del todo), pero en LHCb tiene una parte del pastel mucho mayor”.

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En otras palabras, si alguien es capaz de encontrar algo más duradero que este tetraquark de doble encanto, probablemente sean ellos también. La producción de la partícula Tbb, que ya consiguieron predecir y que el CERN Courier la ha bautizado como la “prima guapa” de Tcc+, podría ser el próximo hito en su horizonte.