Hallan la partícula de materia exótica más longeva jamás vista

El experimento LHCb, que trabaja en el acelerador de partículas europeo LHC presentó el descubrimiento de una nueva partícula etiquetada como Tcc +. Se trata de un tetraquark, un hadrón exótico que contiene dos quarks y dos antiquarks. Es la parte de materia exótica más longeva jamás descubierta y la primera en contener dos quarks pesados y dos antiquarks ligeros.

Los quarks son los bloques de construcción fundamentales a partir de los cuales se construye la materia. Se combinan para formar hadrones, a saber bariones, como el protón y el neutrón, que constan de tres quarks, y mesones, que se forman como pares quark-antiquark. En los últimos años se encontraron una serie de los llamados hadrones exóticos, partículas con cuatro o cinco quarks, en lugar de los convencionales dos o tres. El nuevo descubrimiento, presentado en la Conferencia de la Sociedad Física Europea sobre Física de Altas Energías (EPS-HEP), es de un hadrón exótico particularmente único.

La nueva partícula contiene dos quarks encantadores y un antiquark hacia arriba y hacia abajo. Se descubrieron varios tetraquarks en los últimos años (incluido uno con dos quarks encantados y dos antiquarks encantados), pero este es el primero que contiene dos quarks encantados, sin antiquarks encantados para equilibrarlos. Los físicos llaman a esto “hechizo abierto” (en este caso, “doble hechizo abierto”). Las partículas que contienen un quark encantado y un antiquark encantado tienen “encanto oculto”: el número cuántico de encanto para toda la partícula suma cero, tal como lo haría una carga eléctrica positiva y una negativa. Aquí, el número cuántico del encanto suma dos, ¡así que tiene el doble de encanto!

El contenido de quarks de Tcc +, tiene otras características interesantes además de ser un encanto abierto. Es la primera partícula que se encuentra que pertenece a una clase de tetraquarks con dos quarks pesados y dos antiquarks ligeros. Estas partículas se descomponen transformándose en un par de mesones, cada uno formado por uno de los quarks pesados y uno de los antiquarks ligeros. Según algunas predicciones teóricas, la masa de tetraquarks de este tipo debería estar muy cerca de la suma de masas de los dos mesones. Tal proximidad en la masa hace que la desintegración sea “difícil”, lo que resulta en una vida útil más larga de la partícula y, de hecho, Tcc + es el hadrón exótico de mayor vida encontrado hasta la fecha.

El descubrimiento allana el camino para la búsqueda de partículas más pesadas del mismo tipo, con uno o dos quarks encantados reemplazados por quarks inferiores. La partícula con dos quarks inferiores es especialmente interesante: según los cálculos, su masa debería ser menor que la suma de las masas de cualquier par de mesones B. Esto haría que la desintegración no solo sea improbable, sino que en realidad esté prohibida: la partícula no podría desintegrarse a través de la interacción fuerte y tendría que hacerlo a través de la interacción débil, lo que haría que su vida útil fuera varios órdenes de magnitud más larga que cualquier anterior hadrón exótico observado.

El nuevo tetraquark Tcc + es un objetivo atractivo para futuros estudios. Las partículas en las que se desintegra son comparativamente fáciles de detectar y, en combinación con la pequeña cantidad de energía disponible en la desintegración, esto conduce a una excelente precisión en su masa y permite el estudio de los números cuánticos de esta fascinante partícula. Esto, a su vez, puede proporcionar una prueba rigurosa para los modelos teóricos existentes e incluso podría permitir que se prueben efectos previamente inalcanzables, según informó el CERN.