La colaboración internacional LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha observado tres partículas nunca antes vistas: un nuevo tipo de pentaquark y el primer par de tetraquarks, que incluye un nuevo tipo de tetraquark. Los hallazgos, presentados hoy en un seminario en el CERN, agregan tres nuevos miembros exóticos a la creciente lista de nuevos hadrones encontrados en el LHC. Ayudarán a los físicos a comprender mejor cómo se unen los quarks en estas partículas compuestas.

Los quarks son partículas elementales y vienen en seis sabores: arriba, abajo, encantador, extraño, arriba y abajo. Por lo general, se combinan en grupos de dos y tres para formar hadrones, como los protones y los neutrones que forman los núcleos atómicos. Más raramente, sin embargo, también pueden combinarse en partículas de cuatro y cinco quarks, o «tetraquarks» y «pentaquarks». Estos hadrones exóticos fueron predichos por los teóricos al mismo tiempo que los hadrones convencionales, hace unas seis décadas, pero solo recientemente, en los últimos 20 años, han sido observados por el LHCb y otros experimentos.

La mayoría de los hadrones exóticos descubiertos en las últimas dos décadas son tetraquarks o pentaquarks que contienen un quark encanto y un encanto antiquark, con los dos o tres restantes quarks siendo un quark up, down o impar o sus antiquarks. Pero en los últimos dos años, LHCb ha descubierto diferentes tipos de hadrones exóticos. Hace dos años, la colaboración descubrió un tetraquark compuesto por dos quarks charm y dos antiquarks charm, y dos tetraquarks de «encanto abierto» que consisten en un antiquark charm, un quark up, un quark down y un antiquark strange. Y el año pasado encontró la primera instancia de un tetraquark de «doble encanto abierto» con dos quarks encanto y un antiquark arriba y abajo. Encanto abierto significa que la partícula contiene un quark encanto sin un equivalente de antiquark.

Los descubrimientos anunciados hoy por la colaboración LHCb incluyen nuevos tipos de hadrones exóticos. El primer tipo, observado en un análisis de «desintegraciones» de mesones B cargados negativamente, es un pentaquark formado por un quark charm y un quark charm y un quark up, un quark down y un quark strange. Es el primer pentaquark que contiene un quark extraño. El hallazgo tiene un significado estadístico colosal de 15 desviaciones estándar, mucho más allá de las 5 desviaciones estándar necesarias para afirmar la observación de una partícula en movimiento. partículas fisicas.

El segundo tipo es un tetraquark doblemente cargado eléctricamente. Es un tetraquark de encanto abierto compuesto por un encanto quark, un antiquark extraño y un quark arriba y abajo antiquark, y se ubicó junto con su contraparte neutra en un análisis conjunto de las desintegraciones de los mesones B neutros y cargados positivamente. Los nuevos tetraquarks, observados con una significación estadística de 6,5 (partículas de doble carga) y 8 (partículas neutras) desviaciones estándar, representan la primera vez que se observa un par de tetraquarks.

«Cuantos más análisis hacemos, más tipos de hadrones exóticos encontramos», dice Niels Tuning, coordinador de física en el LHCb. «Estamos siendo testigos de un período de descubrimiento similar a la década de 1950, cuando se comenzó a descubrir un ‘zoológico de partículas’ de hadrones que eventualmente condujo a la cuarc modelo convencional de hadrones en la década de 1960. Estamos creando un ‘zoológico de partículas 2.0′».

«Encontrar nuevos tipos de tetraquarks y pentaquarks y medir sus propiedades ayudará a los teóricos a desarrollar un modelo unificado de hadrones exóticos, cuya naturaleza exacta se desconoce en gran medida», dijo Chris Parkes, portavoz de LHCb. «Esto también ayudará a comprender mejor los hadrones convencionales».

mientras algunos modelos teóricos describen hadrones exóticos como unidades individuales de quarks fuertemente unidos, otros modelos los consideran como pares de hadrones estándar débilmente unidos en una estructura similar a una molécula. Solo el tiempo y más estudios de hadrones exóticos dirán si estos partículas son uno, el otro o ambos.