La caverna del experimento LHCb en el CERN
CERN/Brice, Maximilien
Ha surgido una nueva partícula en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, una partícula más pesada parecida a un protón que contiene dos quarks charm.
Los protones y neutrones son ejemplos de una clase de partículas llamadas bariones, cada una de las cuales contiene tres partículas subatómicas fundamentales llamadas quarks que vienen en una variedad de los llamados sabores. En el caso de un protón, hay dos quarks “arriba” y un quark “abajo” que forman la partícula.
Pero los quarks más pesados, como los conocidos como quarks charm, también pueden combinarse para formar bariones. Sin embargo, debido a que estas combinaciones inusuales de quarks son más pesadas y, por lo tanto, más inestables, a menudo tienen vidas fugazmente cortas y se desintegran rápidamente en otras partículas.
En 2017, los físicos que trabajaban en el experimento LHCb del CERN vislumbraron uno de estos bariones exóticos, memorablemente llamado Xicc++, que estaba formado por dos quarks charm y un quark up. Esta partícula vivió sólo una billonésima de segundo. Ahora, los físicos que trabajan en el experimento LHCb han detectado la partícula hermana llena de encanto de Xicc++, llamada partícula Xicc+, que contiene un quark down en lugar de un quark up, lo que la convierte en un análogo más pesado del protón.
Esta partícula tenía una vida útil prevista seis veces más corta que la del Xicc++, lo que la hacía mucho más difícil de detectar. Se encontró sólo después de que el experimento LHCb se actualizó para llevar a cabo búsquedas de partículas más sensibles. El hallazgo tiene una significación estadística de más de 7 sigma, una medida que los físicos utilizan para indicar cuán seguros están de que el resultado no es una casualidad aleatoria, lo que fácilmente borra la barra de 5 sigma requerida para afirmar un descubrimiento.
“No sólo es interesante descubrir la partícula en sí misma (el Xicc+ ha sido buscado durante mucho tiempo) sino que también muestra realmente el poder que están teniendo estas actualizaciones del LHC”, dice Chris Parkes de la Universidad de Manchester en el Reino Unido. “En la muestra de datos de un año, pudimos ver algo que no pudimos ver con 10 años de datos de la generación anterior”.
Detectar esta partícula podría enseñarnos cómo la fuerza nuclear fuerte, que describe cómo se unen los quarks, une quarks más pesados que los que vemos en los protones y neutrones, dice Parkes. Pero también resuelve un misterio de 20 años.
En 2002, los físicos que trabajaban en el experimento SELEX en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi en Illinois pensaron que habían detectado una partícula que se parecía mucho a Xicc+, pero con una masa mucho menor de la predicha con un nivel de confianza de sólo 4,7 sigma. “Ahora lo hemos encontrado, pero tiene una masa similar a la de su compañero [Xicc++] que encontramos hace unos años, y no con la masa predicha por SELEX”, afirma Parkes. La fuerza del nuevo descubrimiento cierra la puerta a la cuestión de la masa de esta partícula.
“Es una medición muy interesante, pero no está claro qué aprendemos de ella”, dice Juan Rojo de la Universidad Vrije de Ámsterdam (Países Bajos). “No existe ninguna regla en la cromodinámica cuántica que impida que este hadrón exista, pero ahora que hemos medido su existencia, no estamos particularmente iluminados”.
Parte de esto, dice Rojo, se debe a que nuestras teorías actuales no predicen bien cómo deberían interactuar los quarks más pesados dentro de los bariones o cuáles deberían ser sus masas. “Los datos ahora están por delante de la teoría para este tipo de partículas, pero podría ser que dentro de cinco años, esta medición sea capaz de responder algunas preguntas teóricas muy importantes”, dice Rojo, como el significado de las diferentes combinaciones de quarks para las masas de las partículas.
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Gran Colisionador de Hadrones/física de partículas