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| Impresión artística de Tcc+, un tetraquark compuesto por dos quarks charm y un antiquark up y down. Crédito: CERN |
El experimento LHCb del CERN presenta hoy un nuevo descubrimiento en la Conferencia de la Sociedad Europea de Física de Altas Energías (EPS-HEP). La nueva partícula descubierta por el LHCb, etiquetada como Tcc+, es un tetraquark, un hadrón exótico que contiene dos quarks y dos antiquarks. Es la partícula de materia exótica más longeva jamás descubierta y la primera que contiene dos quarks pesados y dos antiquarks ligeros.
Los quarks son los elementos fundamentales con los que se construye la materia. Se combinan para formar hadrones, es decir, 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 han encontrado varios hadrones exóticos, es decir, partículas con cuatro o cinco quarks, en lugar de los dos o tres convencionales. El descubrimiento de hoy es el de un hadrón exótico especialmente singular, un hadrón exótico si se quiere.
La nueva partícula contiene dos quarks Charm y un antiquark up y otro down. En los últimos años se han descubierto varios tetraquarks (incluido uno con dos quarks Charm y dos antiquarks Charm), pero éste es el primero que contiene dos quarks Charm, sin antiquarks Charm para equilibrarlos. Los físicos llaman a esto "Charm abierto" (en este caso, "doble Charm abierto"). Las partículas que contienen un quark Charm y un antiquark Charm tienen "Charm oculto": el número cuántico de Charm de toda la partícula suma cero, igual que lo harían una carga eléctrica positiva y una negativa. En este caso, el número cuántico de Charm suma dos, por lo que tiene el doble de Charm.
El contenido de quarks de Tcc+, tiene otras características interesantes además de ser Charm abierto. Es la primera partícula encontrada que pertenece a una clase de tetraquarks con dos quarks pesados y dos antiquarks ligeros. Estas partículas decaen 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 los tetraquarks de este tipo debería ser muy cercana a la suma de las masas de los dos mesones. Esta proximidad en la masa hace que la desintegración sea "difícil", lo que se traduce en una vida más larga de la partícula, y de hecho Tcc+, es el hadrón exótico más longevo encontrado hasta la fecha.
El descubrimiento abre el camino a la búsqueda de partículas más pesadas del mismo tipo, con uno o dos quarks Charm sustituidos por quarks fondo. La partícula con dos quarks bottom 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 sólo fuera improbable, sino que estuviera prohibida: la partícula no podría decaer a través de la interacción fuerte y tendría que hacerlo a través de la interacción débil, lo que haría que su vida fuera varios órdenes de magnitud más larga que la de cualquier hadrón exótico observado anteriormente.
El nuevo tetraquark Tcc+ es un objetivo atractivo para su estudio. Las partículas en las que decae son todas 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 sondeen efectos previamente inalcanzables.
Fuentes, créditos y referencias:
Más información: indico.desy.de/event/28202/
Créditos a PhysOrg