Hagamos primero una breve introducción. Como ya vimos en este post, los átomos que nos forman, a pesar de lo que su nombre nos indica ("átomo" significa "lo que no se puede dividir" en griego), están divididos en protones (carga positiva), electrones (la misma carga que el protón, pero negativa y, además, es unas 1836 veces más pequeño que él) y neutrones (un tamaño similar al protón pero sin carga).
Los electrones, pertenecientes a la familia de los leptones, como los famosos neutrinos, son indivisibles por lo que conocemos hasta el momento. Sin embargo, los neutrones y los protones sí que se pueden dividir en partículas más pequeñas. A estas partículas se les llama quarks.
Hay seis diferentes tipos de quarks: arriba (up), abajo (down), encanto (charm), extraño (strange), fondo (bottom) y cima (top, este pesa él solito lo mismo que un átomo de oro entero, y eso que este átomo está formado por 79 protones y 118 neutrones). En cualquier caso, sólo los arriba y los abajo forman los protones y los neutrones. Los protones y los neutrones tienen, cada uno, tres quarks.
Corría el año 1964 (el mismo en el que Peter Higgs publicó
su estudio sobre el bosón que lleva su nombre y que, unas décadas más tarde, el
4 de julio de 2012, se descubriría) y un joven investigador de 35 años
revolucionó la física de partículas proponiendo la existencia de los bariones
(compuestos por 3 quarks) y los mesones (formados por un quark y un antiquark.
Por lo tanto, muy inestables), lo cual le valdría el Premio Nobel de Física,
que se le concedió en 1969. Ah, los 60, la Edad de Oro de la Física de
Partículas...
Los electrones, pertenecientes a la familia de los leptones, como los famosos neutrinos, son indivisibles por lo que conocemos hasta el momento. Sin embargo, los neutrones y los protones sí que se pueden dividir en partículas más pequeñas. A estas partículas se les llama quarks.
Hay seis diferentes tipos de quarks: arriba (up), abajo (down), encanto (charm), extraño (strange), fondo (bottom) y cima (top, este pesa él solito lo mismo que un átomo de oro entero, y eso que este átomo está formado por 79 protones y 118 neutrones). En cualquier caso, sólo los arriba y los abajo forman los protones y los neutrones. Los protones y los neutrones tienen, cada uno, tres quarks.
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| Murray Gell-Mann |
Pero nuestra edad es también interesante para este campo. Tras el
descubrimiento del Bosón de Higgs y su parón durante un año, el LHC ha vuelto,
y con más fuerza que nunca, como suele decirse. Trabaja ahora a los 13 TeV,
todo un récord de energía. De hecho, hace poco más de un mes se anunciaron las
primeras colisiones a este nivel de energía. Pero aún hay más sorpresas. La
cantidad de datos recogidos por el LHC en su primera tanda, antes del parón, es
tal que los científicos aún continúan estudiándolos. Y ha sido ahí (en concreto
en los datos del LHCb) donde ha aparecido otro gran descubrimiento: el de los
pentaquarks.
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| El hallazgo del Bosón de Higgs, nombrado por la revista Science como el Descubrimiento del año 2012 |
"El pentaquark no es solo 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".
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| Quarks, componentes de muchas partículas |
Todos los científicos coinciden en algo: no es un descubrimiento que
suponga el inicio de una "nueva física" (tan a menudo
escrita en los medios tras la puesta en marcha del LHC a la máxima potencia).
¡Qué va! El modelo de quarks predecía la existencia de este tipo
de partículas, formadas por cuatro quarks y un antiquark. Es más, hace algo más
de un año se confirmó la existencia de un sistema de dos bariones (un total de
seis quarks) [enlace aquí, página 6]. Y también de un tetraquark: el Z(4430).
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| Tetraquark Z(4430) Compuesto por un quark down (abajo), un quark charm (encanto), un antiquark charm y un antiquark up (arriba) |
"El modelo de quarks, propuesto hace más de 50 años no excluye la
posibilidad de que existan partículas formadas por más de tres quarks, pero
estos llamados hadrones exóticos solo empezaron a dar muestras de su existencia
hace pocos años" - dice Juan Saborido, responsable del grupo de la
Universidad de Santiago de Compostela participante en LHCb . "[Este
hallazgo] no implica física más allá del Modelo Estándar, pero es muy
importante para el entendimiento de la estructura de los hadrones".
"Este resultado es importante para la validación de modelos de
cromodinámica cuántica, puesto que confirma la existencia de estados ligados
cuyo contenido en quarks es de cinco. Como si un mesón (2 quarks) y un barión
(3 quarks) pudieran formar un estado ligado. Un símil serían las moléculas
formadas por distintos átomos" - dice el investigador del grupo del LHCb
en la Universidad de Barcelona, Eugeni Graugés.
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| Pión Ejemplo de mesón, formado por un quark up y un antiquark down |
¿Y cómo se ha conseguido "ver" esta partícula? Observando la
desintegración del barión Lambda b en la partícula J-psi, en un protón y en un
kaón cargado eléctricamente. Se estudió el espectro de masa del J-psi y del
protón y se descubrió que existían estados intermedios en su producción,
llamados Pc(4450)+y Pc(4380)+.
El espectro de masas J/ψ p indica la presencia de dos picos: uno a 4380 ± 8 ±
29 MeV con una anchura de 205 ± 18 ± 86 MeV, y un segundo pico más estrecho a
4449,8 ± 1,7 ± 2,5 MeV con anchura 39 ± 5 ± 19 MeV. Ambos picos se interpretan
como señal del pentaquark Pc, un estado con espín 3/2 y el otro con
espín 5/2.
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| Posible representación de un pentaquark. Los quarks pueden estar fuertemente unidos (izquierda) o ser un mesón y un barión débilmente unidos, como una molécula |
"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 solo 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".
"Los quarks podrían estar unidos fuertemente" - explica el físico de
LHCb Liming Zhang - "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".
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| Large Hadrons Collider (Gran Colisionador de Hadrones) del CERN en Ginebra, Suiza. |
En cualquier caso, el estudio ya se ha enviado a Physical Review
Letters y se ha subido en arxiv.org. El
estudio cuenta con un gran respaldo: 9 sigma (aunque, si no recuerdo mal, el
experimento del BICEP2, tan sonado y luego refutado por no haber tenido lo
suficientemente en cuenta al polvo cósmico, era de 5 sigma). Otra cosa curiosa
viene cuando nos metemos en este enlace y vemos los autores:
Esto es una muestra de que la ciencia hoy día, especialmente la
física de partículas, no es individual, sino colectiva.
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