Más de tres años después de descubrir una partícula subatómica nunca antes vista, los físicos ahora saben cómo se juntan estas partículas, llamadas pentaquarks.
Una nueva investigación revela tres tipos completamente nuevos de pentaquarks y muestra que cada uno está compuesto de dos componentes: un grupo de tres quark llamado barión y un par de quark y antiquark llamado mesón.
"Obtuvimos una imagen mucho más nítida y dijimos: 'Dios mío, hay cosas que realmente no hemos imaginado'", dijo el líder del estudio, Tomasz Skwarnicki, físico de la Universidad de Syracuse en el estado de Nueva York.
Estructura subatómica
Los Quarks son partículas subatómicas que vienen en seis tipos (arriba, abajo, extraño, encanto, abajo y arriba). Son los bloques de construcción de protones y neutrones, que están formados por tres quarks cada uno. Estas partículas de tres quark también se conocen como bariones. Otro tipo de partícula importante es el mesón; cada uno está compuesto por un quark y un antiquark. Los antiquarks son los extraños primos antimateria de los quarks.
En la década de 1960, cuando los físicos teorizaron por primera vez sobre todos estos quarks, se dieron cuenta de que no había razón para no tener partículas hechas de cuatro o cinco quarks, dijo Skwarnicki a Live Science. Pero no hubo evidencia experimental de partículas de cinco quark, o pentaquarks, es decir, hasta 2015, cuando Skwarnicki y sus colegas descubrieron los objetos entre las partículas creadas por colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra.
En ese momento, dijo Skwarnicki, los datos eran un poco confusos. Desde entonces, los investigadores han aumentado la cantidad de datos que tienen sobre estos pentaquarks en un factor de nueve. Eso dio lugar a una imagen mucho más nítida, dijo Skwarnicki.
Bolas de quarks
Lo primero que descubrieron los investigadores fue que hay tres pentaquarks separados de tres masas únicas entre las partículas del LHC. Uno no fue detectado previamente. Los otros dos aparecieron como un pico en el espectro de masa de partículas en el estudio de 2015, pero ahora son aparentes como dos partículas separadas con masas separadas.
Lo más importante, los nuevos datos revelan las estructuras internas de estos pentaquarks. Anteriormente, dijo Skwarnicki, no estaba claro cómo estaban dispuestos los cinco quarks dentro del pentaquark. ¿Todos interactuaron entre sí? ¿O había en cambio dos grupos: un barión de tres quark y un mesón (la partícula hecha de un quark y un antiquark) que interactuaban entre sí?
Los nuevos datos revelan que es el último caso. Según Skwarnicki, según la forma en que los quarks se descomponen, son inestables y existen solo brevemente antes de alterar sus configuraciones, deben estar hechos de bariones y mesones interactuando. Los pentaquarks están formados por un quark de encanto, un quark anti-encanto, dos quarks arriba y uno abajo. Tienen masas diferentes porque los quarks existen en diferentes estados cuánticos.
"La importancia de las nuevas observaciones es que ahora apunta en una dirección clara", dijo. Cada pentaquark está hecho de un barión con tres quarks dentro y un mesón con un quark y un antiquark.
"Es como dos bolas separadas de quarks pegadas entre sí", dijo Skwarnicki.
Skwarnicki presentó los resultados el 26 de marzo en la conferencia de física Rencontres de Moriond en La Thuile, Italia. Los investigadores planean tomar más medidas para confirmar sus hallazgos, dijo Skwarnicki, y planean buscar más arreglos de pentaquark.
"Estoy realmente seguro de que en el futuro veremos más de estas partículas de tipo pentaquark", dijo.
