El Colisionador de Hadrones descubre una nueva partícula

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. 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. 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.

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.

"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.

"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. 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. 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", afirmó Guy Wilkinson, portavoz del LHCb.

"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.

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