Físicos de Fermilab descubren barión de “triple bola”

La partícula de tres quarks contiene un quark de cada familia

Físicos del experimento DZero en el Laboratorio Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía han descubierto una nueva partículas pesada, el barión ?b (pronunciado “xi sub b”), con una masa de 5,774 ± 0,019 GeV/c2, aproximadamente seis veces la masa del protón. El recientemente descubierto barión eléctricamente cargado ?b, también conocido como “cascada b”, está hecho de un quark down, uno strange y otro bottom. Es la primera vez que se observa un barión formado por las tres familias de la materia. Este descubrimiento y las medidas de su masa proporcionan una nueva comprensión de cómo actúa la fuerza nuclear fuerte sobre los quarks, los ladrillos básicos de la materia.

El experimento DZero ha informado del descubrimiento del barión cascada b en un artículo enviado a Physical Review Letters el 12 de junio.

“Conocer la masa del barión cascada b da a los científicos la información que necesitaban para desarrollar modelos precisos de cómo los quarks individuales se unen dentro de partículas más grandes tales como protones y neutrones”, dijo el físico Robin Staffin, Profesor Asociado de Física de Alta Energía para la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía.

El cascada b se produce por la colisión de un protón-antiprotón de alta energía en el Tevatrón del Fermilab. Un barión es una partículas de materia que está hecha de tres componentes fundamentales llamados quarks. Los bariones más familiares son el protón y el neutrón de los núcleos atómicos, que constan de quarks up y down. Aunque los protones y neutrones forman la gran mayoría de la materia, los bariones compuestos de quarks más pesados, incluyendo el cascada b, fueron abundantes poco después del Big Bang, en el comienzo del universo.

El Modelo Estándar resume de forma elegante los componentes fundamentales de la materia, el cual se adentra en tres familias distintas de quarks y sus partículas hermanas los leptones. La primera familia contiene los quarks up y down. Los quarks más pesados charm y los strange forman la segunda familia, mientras que los top y bottom, los más pesados, la tercera. La fuerza nuclear fuerte une a los quarks en partículas mayores, incluyendo el barión cascada b. El cascada b llena un hueco del Modelo Estándar.

Anteriormente a este descubrimiento, sólo se había informado de pruebas indirectas de cascada b en experimentos en el Gran Colisionador de Electrones-Positrones del Laboratorio CERN cerca de Ginebra, Suiza. Por primera vez, el experimento DZero ha identificado de forma positiva el barión cascada b a partir de sus partículas decaídas hijas en una notablemente completa hazaña de detección. La mayoría de partículas producidas en las colisiones de alta energía son de vida corta y decaen casi instantáneamente en partículas ligeras más estables. Los detectores de partículas tales como el DZero miden estos productos estables decaídos para descubrir las nuevas partículas producidas en la colisión.

Una vez producidas, el cascada b viaja varios milímetros a casi la velocidad de la luz antes de que la acción de la fuerza nuclear débil provoque su desintegración en las partículas bien conocidas de J/? (“jota-psi”) y ?- (“xi menos”). El J/? decae entonces sin demora en un par de muones, partículas comunes que son primos del electrón. El barión ?-, por otra parte, viaja varios centímetros antes de decaer en otra partícula inestable llamada barión ? (“lambda”), junto con otra partícula de vida larga llamada pión. El barión ? también puede viajar varios centímetros antes de decaer finalmente en un protón y un pión. Escudriñando entre los datos de billones de colisiones producidas a lo largo de los últimos cinco años para identificar estos productos finales del decaimiento, los físicos de DZero han detectado 10 eventos candidatos a cascada b. Las posibilidades de que la señal observada sea debida a otra cosa que no sea cascada b se estima en una entre 30 millones.

DZero es un experimento internacional de unos 610 físicos de 88 instituciones en 19 países. Está patrocinado por el Departamento de energía, La Fundación Nacional de Ciencia, y un número de agencias de patrocinio internacional. Fermilab es un laboratorio nacional financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos, manejado bajo contrado por Fermi Research Alliance, LLC.

El artículo sobre el descubrimiento de cascada b está disponible en http://arxiv.org/abs/0706.1690.


Autor: Judy Jackson, Fermilab / Kurt Riesselmann
Fecha Original: 13 de junio de 2007
Enlace Original

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