Experimento del Gran Colisionador de Hadrones revela estructura exótica de un ‘Pentaquark’

Nuevos resultados del acelerador de partículas más grande del mundo iluminan la estructura del pentaquark, una partícula exótica que consta de cinco quarks unidos.

Los quarks, las partículas subatómicas que forman protones y neutrones, generalmente se unen en pares o trillizos para formar clases de partículas llamadas mesones y bariones, respectivamente.

Pero los análisis recientes de los datos tomados en el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra, Suiza, han revelado la existencia de agregaciones más grandes, como el pentaquark de cinco quarks.

Ahora, los científicos han sido capaces de procesar datos aún más para comprender cómo se organizan los quarks en estas partículas pentaquark.

De hecho, parece que los investigadores observaron un barión unido a un mesón, formando un extraño nuevo tipo de molécula.

La maquinaria de LHC acelera los paquetes de protones a casi la velocidad de la luz, luego los inyecta en un par de círculos magnéticos que se intersecan en cuatro puntos.

Las partículas de alta energía chocan, liberando energía y masa en forma de otras partículas que de otra manera son inaccesibles aquí en la Tierra.

Detectores como el detector de LHCb se encuentran en estos puntos de colisión y registran el rociado resultante de partículas.

Los científicos comparan los datos con las leyes de la física tal como las entienden, con la esperanza de encontrar partículas no observadas pero predichas o desviaciones inesperadas de esas leyes.

En 2015 (y confirmado en 2016), los científicos observaron por primera vez un par de “picos” en su análisis de datos, un pico literal en una gráfica en la que vieron más impactos en el detector de lo que se esperaba.

Los picos indicaron la presencia de ensamblajes de cinco quarks, conocidos como pentaquarks, aproximadamente 4.5 veces la masa de un protón.

Pero las preguntas quedaron sin respuesta en cuanto a la naturaleza de estas partículas, como su configuración interna.

Después de obtener muchos más datos, los investigadores de LHCb detectaron otro pentaquark y determinaron que uno de los pentaquarks descubiertos en 2015 eran en realidad dos pentaquarks cerrados en masa.

Esta vez, los investigadores se dieron cuenta de que los picos eran muy delgados, lo que significa que podían obtener mediciones de alta resolución de la masa de los pentaquarks.

La pieza de alta resolución es importante, explicó a Gizmodo Tomasz Skwarnicki, profesor de física en la Universidad de Syracuse y físico de la colaboración del LHCb.

Según el principio de incertidumbre de Heisenberg, existe una relación entre qué tan bien se puede medir la energía de una partícula y qué tan bien se puede medir la cantidad de tiempo que tarda la partícula en descomponerse.

Si la partícula se descompusiera rápidamente, los investigadores no hubieran podido obtener los picos delgados que observaron.

La teoría de que un pentaquark es en realidad una partícula de tres quarks y una partícula de dos quark unidos podría explicar estas largas vidas.

Bajo esta teoría, es casi como un par de partículas exóticas están unidas en una especie de molécula extraña que solo podría existir en las energías creadas en el LHC.

Esta molécula se mantendría unida por la fuerza nuclear fuerte en lugar del electromagnetismo, la fuerza que une a la mayoría de las moléculas.

No espere que los pentaquarks encuentren algún uso práctico aquí en la Tierra, se descomponen muy rápidamente.

Pero tal vez existan en los centros de objetos extraños en el espacio, como las estrellas de neutrones, dijo Skwarnicki.

Sin embargo, la teoría de la molécula de dos quarks-tres quarks no es la única forma de explicar las observaciones, según el artículo publicado en Physical Review Letters.

Como de costumbre, se requiere un “escrutinio más experimental y teórico” para entender completamente la estructura interna de estos pentaquarks.

Fuente: Gizmodo