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Tras 50 años de búsqueda el Colisionador de Hadrones encuentra el pentaquark, la nueva partícula
Paul Rincon BBC Ciencia
• 14 julio 2015
Esta ilustración muestra una distribución posible de los quarks en una partícula pentaquark.
Pentaquark.
Así se llama la nueva partícula descubierta por el Gran Colisionador de Hadrones (LCH, por sus siglas en inglés), el acelerador de partículas más poderoso del mundo emplazado bajo tierra, en la frontera entre Francia y Suiza.
Se sospechaba de su existencia desde los años 60, pero al igual que con el bosón de Higgs, el pentaquark eludió a los científicos por décadas hasta su detección en el LHC.
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El descubrimiento de esta nueva forma de la materia, anunciado el martes, fue hecho por el equipo del experimento LHCb, y presentado en la revista Physical Review Letters.
Pensamiento paralelo
En 1964, dos físicos -Murray Gell Mann y George Zweig- propusieron cada uno por su lado la existencia de partículas subatómicas conocidas como quarks.
El Colisionador de Hadrones volvió a funcionar en abril, tras una pausa de dos años.
Ambos sostenían que las propiedades clave de las partículas llamadas bariones y mesones se podían explicar mejor si éstas estuviesen hechas, a su vez, de otras partículas.
Zweig acuñó el término "ases" para los tres nuevos hipotéticos elementos constitutivos de la materia, pero fue el término "quark", inventado por Gell-Mann, el que prevaleció.
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El modelo también daba lugar a otros estados del quark, como el pentaquark.
Esta partícula, puramente teórica, estaba compuesta por cuatro quarks y un antiquark (el equivalente en antimateria de un quark común).
Nuevos estados
A mediados de la década de los 2000, varios equipos dijeron haber detectado pentaquarks, pero experimentos posteriores refutaron estos descubrimientos.
La alegría de los investigadores tras los resultados de los nuevos experimentos resulta contagiosa.
"Hay muchas historias en relación a los pentaquarks, por eso nos comportamos con mucha cautela antes de presentar este estudio", explica Patrick Koppenburg, coordinador de Física del experimento LHCb de la Organización Europea de Investigación Nuclear, CERN.
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"Es la palabra 'pentaquark' la que parece estar embrujada, porque se han hecho muchos descubrimientos que luego fueron superados por nuevos resultados que mostraban que los anteriores eran fluctuaciones y no señales reales (de su presencia)".
Estados intermedios
Los investigadores estudiaron la forma en que una partícula subatómica llamada Lambda b se descomponía -o transformaba- en otras tres partículas dentro del LHCb.
El análisis reveló que a veces, otros estados intermedios tenían lugar en la producción de las tres partículas.
El colisionador le permitió a los investigadores analizar la información desde otras perspectivas.
A estos estados intermedios los llamaron Pc(4450)+ y Pc(4380)+.
"Examinamos todas las posibilidades para estas señales y concluimos que sólo pueden explicarse por los estados del pentaquark", señala Tomasz Skwarnicki, físico de la Universidad de Syracusa, en Estados Unidos, e investigador del LHCb.
Experimentos previos habían medido sólo la llamada distribución de la masa, en la que un pico estadístico puede aparecer contra el "ruido" de fondo, un signo posible de la existencia de una nueva partícula.
Pero el colisionador le permitió a los investigadores analizar la información desde otras perspectivas: los cuatro ángulos definidos por las diferentes direcciones que las partículas toman en su recorrido dentro del LHCb.
"Estamos transformando este problema de unidimensional a uno de cinco dimensiones... y podemos describir todo lo que pasa en la descomposición", explica Koppenburg, quien detectó el surgimiento de la primera señal en 2012.
"No puede ser que lo que vemos se deba a algo que no sea la adición de una nueva partícula que no se había observado antes".
Una partícula singular
"El pentaquark no es solo una nueva partícula", afirmó Guy Wilkinson, portavoz del LHCb.
El túnel de 27 kilómetros esta construido bajo la frontera franco-suiza, en Ginebra.
"Representa una forma de agregar quarks, es decir, los elementos fundamentales de los protones y neutrones comunes, en un patrón que nunca se había observado antes, en más de 50 años de búsquedas experimentales".
"Estudiar sus propiedades nos permitirá entender mejor cómo la materia, los protones y los neutrones, de los que todos estamos hechos, está constituida".
El LHC comenzó a funcionar nuevamente en abril de 2015, luego de que fuera cerrado para hacerle reparaciones y actualizaciones
LINK DE REFERENCIA
http://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/07/150714_nueva_particula_colisionador_hadrones_lp
The LHCb experiment at CERN’s Large Hadron Collider has reported the discovery of a class of particles known as pentaquarks. The collaboration has submitted today a paper reporting these findings (link is external) to the journal Physical Review Letters.
“The pentaquark is not just any new particle,” said LHCb spokesperson Guy Wilkinson. “It represents a way to aggregate quarks, namely the fundamental constituents of ordinary protons and neutrons, in a pattern that has never been observed before in over 50 years of experimental searches. Studying its properties may allow us to understand better how ordinary matter, the protons and neutrons from which we’re all made, is constituted.”
Our understanding of the structure of matter was revolutionized in 1964 when American physicist Murray Gell-Mann proposed that a category of particles known as baryons, which includes protons and neutrons, are comprised of three fractionally charged objects called quarks, and that another category, mesons, are formed of quark-antiquark pairs. Antiquarks are quarks of antimatter.
Gell-Mann was awarded the Nobel Prize in physics for this work in 1969. This quark model also allows the existence of other quark composite states, such as pentaquarks composed of four quarks and an antiquark.
Earlier experiments that have searched for pentaquarks have proved inconclusive. Where the LHCb experiment differs is that it has been able to look for pentaquarks from many perspectives, with all pointing to the same conclusion. It’s as if the previous searches were looking for silhouettes in the dark, whereas LHCb conducted the search with the lights on, and from all angles. The next step in the analysis will be to study how the quarks are bound together within the pentaquarks.
Read the full Press Release.
Read the LHCb article.
http://home.web.cern.ch/about/updates/2015/07/discovery-new-class-particles-lhc
