Un pentaquark y el primer par de tetraquarks

La Colaboración Internacional en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) observó tres partículas nunca antes vistas: un nuevo tipo de pentaquark y el primer par de tetraquarks, que incluye un nuevo tipo de tetraquark. Los resultados, presentados hoy en el simposio del CERN, añaden tres nuevos miembros extraterrestres 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 Viene en seis sabores: arriba, abajo, encantador, exótico, arriba y abajo. Por lo general, se combinan en grupos binarios y triples para formar hadrones, como protones y neutrones, que forman los núcleos atómicos. Sin embargo, en raras ocasiones, también puede combinarse en partículas de cuatro quarks y cinco quarks, o «quarks cuaternarios» y «pentaquarks». Los teóricos predijeron estos hadrones extraños 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 charm y un antiquark charm, con dos o tres restantes. partículas subatómicas Ser un quark up, down o impar. Pero en los últimos dos años, LHCb ha detectado diferentes tipos de hadrones exóticos. Hace dos años, la Colaboración descubrió un quark cuaternario formado por dos quarks charm y dos quarks charm, y dos quarks «abiertos encantadores» formados por un antiquark charm, un quark up, un quark down y un antiquark strange. Y el año pasado me topé con el primer ejemplo de un cuadrante de «doble magia abierta» con dos quarks charm y un antiquark arriba y abajo. Magia abierta significa que la partícula contiene un quark charm sin un antiquark equivalente.

Los descubrimientos anunciados hoy por la colaboración LHCb incluyen nuevos tipos de hadrones exóticos. El primer tipo, observado en el análisis de la «decadencia» de los mesones B cargados negativamente, es un pentágono formado por un quark charm, un quark charm, un quark up, un quark down y un quark strange. Es el primer pentágono que se ha encontrado que contiene un extraño quark. El resultado tiene una enorme significación estadística de 15 desviaciones estándar, muy por encima de las cinco desviaciones estándar requeridas para reclamar la observación de la partícula en Partículas fisicas.

El segundo tipo es un cuadrupolo doblemente cargado eléctricamente. Es una cuarteta encantada abierta que consta de una Encanto Quarks, antiquarks extraños y quarks arriba y abajo antiquark, que se observó con su contraparte neutra en un análisis conjunto de la descomposición de los mesones B neutros y cargados positivamente. Los nuevos tetraquarks, observados con una significación estadística de 6,5 (partículas con doble carga) y 8 (partículas neutras) desviaciones estándar, representan la primera vez que se observa un par de tetraquarks.

«Cuantos más análisis hacemos, más hadrones exóticos encontramos», dice Nils Toning, coordinador de física del LHCb. “Estamos experimentando un período de descubrimiento similar a la década de 1950, cuando comenzó el descubrimiento del “zoológico de partículas” de los hadrones y finalmente condujo a cuarc El modelo clásico de hadrones de la década de 1960. Estamos haciendo «Particle Zoo 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», dice Chris Parks, portavoz de LHCb. «También ayudará a comprender mejor los hadrones convencionales».

Mientras algunos modelos teóricos Los hadrones exóticos se describen como unidades individuales de quarks estrechamente unidas, mientras que otros modelos los visualizan como pares de hadrones modulares unidos de forma flexible en una estructura similar a una molécula. Solo el tiempo y más estudios de hadrones exóticos dirán si estos son granos uno o el otro o ambos.