Los científicos alguna vez pensaron que el átomo era la cosa más pequeña del universo, pero luego aprendieron sobre partículas como protones, neutrones y electrones, solo para luego descubrir que todavía hay bloques de construcción aún más pequeños. Los quarks y los gluones son, hasta donde sabemos, los bloques de construcción fundamentales del universo, partículas subatómicas que son mucho más pequeñas y operan a niveles de energía mucho más altos que los protones y los neutrones, que se clasifican como hadrones.
Los quarks se combinan en varias configuraciones para formar hadrones. Prácticamente toda la materia observable se compone de quarks up, quarks down y electrones, y cada protón y cada neutrón contiene tres quarks.
Ahora, físicos de la Universidad de Pittsburgh y la Universidad de Swansea han analizado los números de un experimento reciente en el CERN, el colisionador de partículas más poderoso del mundo, encontrando evidencia de estados de pentaquark. Esencialmente, los datos apuntan a nuevos tipos de materia formados por cuatro quarks y un antiquark.
Los hadrones se explican mediante la teoría de la cromodinámica cuántica, un marco de física de alta energía propuesto por primera vez en la década de 1970 que describía las interacciones fuertes y las fuerzas nucleares. Pero el problema es que este marco deja muchas preguntas espinosas sin respuesta sobre el funcionamiento interno de los quarks y la compleja dinámica que da lugar a las fuerzas nucleares.
“La cromodinámica cuántica es el hijo problemático del modelo estándar”, dijo Eric Swanson, de la Universidad de Pittsburgh, en un comunicado. “Aprender lo que dice sobre los hadrones requiere ejecutar las computadoras más rápidas del mundo durante años, lo que dificulta responder las docenas de preguntas que plantea este único experimento”.
Durante mucho tiempo, el consenso fue que todos los hadrones son una combinación de un quark y un antiquark o combinaciones de tres quarks. Pero luego, en 2003, los físicos del experimento Belle en Tsukuba, Japón, encontraron el primer pentaquark, que se denotó como “X” porque todo parecía poco convencional. X es una combinación de dos quarks y dos antiquarks. Poco después, un estado similarmente misterioso pero diferente apareció en el experimento BaBar en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC y se denominó “Y”. Los estados exóticos posteriores vistos en Belle y BESIII se denominaron “Z”, y los tetraquarks descubiertos más recientemente en LHCb se denominaron “T”.
Se está convirtiendo en un mundo realmente abarrotado en física de partículas, con más de dos docenas de pentaquarks y tetraquarks descubiertos hasta el momento, cada uno de los cuales es único con cualidades particulares. La última partícula en aparecer en la lista fue descubierta por el nuevo estudio después de que los físicos examinaran una partícula pesada llamada Lambda b que se descompone en partículas más ligeras, incluido el familiar protón y el famoso J/psi, descubierto en 1974. La descomposición observada por el investigadores sólo puede explicarse por la existencia de un nuevo tipo de materia.
“Tenemos un modelo que explica los datos maravillosamente y, por primera vez, incorpora todas las restricciones experimentales”, dijo Burns. La explicación requiere la existencia de varias partículas nuevas que consisten en cuatro quarks y un antiquark, llamados “pentaquarks”.
“Realmente no hay otra forma de interpretar los datos: deben existir estados de pentaquark”, dijo Tim Burns de la Universidad de Swansea.
Los tetraquarks y los pentaquarks se consideran hoy en día “exóticos”, pero también lo eran los protones y los neutrones cuando se descubrieron por primera vez a principios del siglo XX. Ahora hay suficientes de estas elusivas y extrañas partículas para que los científicos puedan comenzar a agruparlas según sus propiedades, similares a los elementos químicos en la tabla periódica. Esto ayudaría a los físicos a desmitificar la cromodinámica cuántica y comprender mejor las reglas que rigen la masa exótica.
Los hallazgos aparecieron en la revista Physical Review.
Fuente: ZME Science.
