Representación de un “pentaquark”. (Créditos: CERN)

El experimento LHCb del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha informado hoy del
descubrimiento de una nueva clase de partículas conocidas como "pentaquarks". En el
experimento, que cuenta con una amplia colaboración internacional, participan
investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, así como
profesores de la Universidad de Barcelona (UB), la Universidad Ramón Llull (URL) y la
Universidad de Santiago de Compostela (USC). El grupo de investigadores responsable
del hallazgo ha enviado un artículo informando del mismo a la revista científica
Physical Review Letters, y lo publica hoy en el repositorio digital arXiv.
"El pentaquark no es sólo una nueva partícula", dijo el portavoz de LHCb Guy
Wilkinson, "supone un modo de agrupar los quarks, los constituyentes fundamentales
de protones y neutrones, de una forma nunca vista en más de cincuenta años de
búsquedas experimentales. Estudiar sus propiedades nos permitirá entender mejor
cómo se forma la materia ordinaria, los protones y neutrones que nos componen".
Nuestro conocimiento de la estructura de la materia cambió radicalmente en 1964
cuando el físico estadounidense Murray Gell-Mann propuso que el tipo de partículas
conocidas como bariones, que incluye a protones y neutrones, está compuesto por
tres objetos con carga eléctrica fraccionada llamados quarks, y que otro tipo, los
mesones, están formados por pares de quarks y antiquarks. Gell-Mann ganó el Premio
Nobel de Física por este trabajo en 1969.
Este modelo de quarks permite la existencia de otros estados compuestos por quarks,
como los pentaquarks, formados por cuatro quarks y un antiquark (su antipartícula).
Sin embargo, hasta hoy no se habían obtenido evidencias contundentes de su
existencia.
“Aunque sabemos desde 1964 que existen partículas constituidas por dos o tres
quarks, nada en la naturaleza que rige sus interacciones, la llamada cromodinámica
cuántica, limita a que sea así, lo que ha hecho que desde entonces se hayan realizado
experimentos entre cuyos objetivos ha estado la búsqueda de partículas que respondieran a otro tipo de agregados de quarks. Un esfuerzo que ha encontrado su
recompensa en este hallazgo”, remarca Fernando Martínez Vidal, investigador del IFIC
participante en LHCb.
“Este resultado es muy relevante para entender la constitución de estados ligados de
partículas, y demuestra las posibilidades que ofrece el experimento LHCb para realizar
distintos tipos de medidas y descubrimientos”, manifiesta Arantza Oyanguren, una de
las investigadoras del IFIC participante en LHCb. Además, otros científicos del IFIC
liderados por el catedrático de Física Teórica de la Universitat de València Eulogio Oset,
han realizado una importante labor teórica en la búsqueda de estos nuevos estados
formados por más de tres quarks.
Los investigadores del LHCb han buscado estados de pentaquarks examinando la
desintegración de un barión, llamado Lambda b, en otras tres partículas: J-psi, un
protón y un kaón con carga eléctrica. El estudio del espectro de masas de las dos
primeras reveló la existencia de estados intermedios en su producción. Éstos se han
llamado Pc(4450)+ y Pc(4380)+, el primero claramente visible en forma de pico en los
datos mientras que para el segundo se requiere analizar todos los datos del
experimento.
"Gracias a la gran cantidad de datos proporcionada por el LHC y a la excelente
precisión de nuestro detector, hemos examinado todas las posibilidades del origen de
estas señales y concluimos que sólo se pueden explicar por estados de pentaquark",
declaró el físico de LHCb Tomasz Skwarnicki, de la Universidad de Siracusa (EE.UU.).
"Para ser precisos, los estados deben estar formados por dos quark up (arriba), un
quark down (abajo), un quark charm (encanto) y su antipartícula, un anti-charm".
Otros experimentos anteriores que han buscado pentaquarks no arrojaron resultados
concluyentes. Lo que diferencia a LHCb es que es capaz de buscar pentaquarks con
diferentes técnicas, aunque todas apuntan a la misma conclusión. El siguiente paso
será estudiar cómo los quarks se mantienen unidos en los pentaquarks.
"Los quarks podrían estar unidos fuertemente", explica el físico de LHCb Liming Zhang,
de la Universidad de Tsinghua (China), "o podrían estar unidos más débilmente, en una
especie de molécula de mesón-barión en la cual ambos experimentan una fuerza
fuerte residual parecida a la que mantiene unidos a protones y neutrones para formar
el núcleo".
Se necesitarán más estudios para distinguir entre ambas posibilidades, y para ver qué
más nos pueden enseñar los pentaquarks. Los datos que recopilará el LHCb en el Run 2
del LHC recién iniciado permitirán hacer progresos en este sentido.
Enlace al artículo en Arxiv:
http://arxiv.org/abs/1507.03414
Más información y contacto:
Fernando Martínez Vidal
fernando.martinez@ific.uv.es // 96 354 35 39 // 675 23 92 55
Arantza Oyanguren
Arantza.Oyanguren@ific.uv.es // 96 354 35 37 // 696 45 77 12

 

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