Se acumulan las evidencias para los tetraquarks

Hadrones permitidos en la QCDLa existencia de una nueva forma de materia denominada “tetraquark” ha sido recibido más apoyo en un reanálisis de un experimento que ha desconcertado a los físicos de partículas desde hace dos años.

En 2008, investigadores del experimento BELLE, en el laboratorio KEK, en Japón, observaron cómo un estado excitado del mesón “bottomonio” se desintegraba y se sorprendieron al encontrar que un modo de desintegración determinado era mucho más frecuente de lo esperado.

Ahora, físicos en Alemania y Pakistán han propuesto una explicación extraordinaria – en vez de producir “bottomonio”, el experimento ha creado una nueva partícula conteniendo cuatro quarks. Tales tetraquarks nos llevarían a un modelo de quarks extendido. Daría también a los físicos un conocimiento más profundo de la cromodinámica cuántica (QCD) – la teoría de los quarks y de la fuerza nuclear fuerte que los mantiene unidos del modelo estándar.

En la década de 1960, los físicos comprendieron que los hadrones – protones, neutrones, mesones, etc. – podían describirse en términos de sus partículas constituyentes, los quarks. Los mesones son un estado ligado de un par quark-antiquark, mientras que los bariones (incluyendo protones y neutrones) están formados por tres quarks o tres antiquarks. El modelo de quarks le valió a su pionero, Murray Gell-Mann, el premio nobel de física en 1969, y ha continuado prediciendo la existencia y propiedades de muchos otros hadrones.

Estados exóticos ligados

Sin embargo, la QCD permite la existencia de estados ligados éxoticos. Uno de éstos es el tetraquark, que contiene dos quarks y dos antiquarks. Durante décadas, los físicos de partículas se han preguntado por la existencia de tetraquarks, y en estos años los experimentos se han vuelto suficientemente sensibles para tener señales de ellos.

Si los tetraquarks existen, hay oportunidades de que los vean los físicos que trabajan en colisionadores electrón-positrón en KEK, en Japón, y en SLAC (California). Ambos experimentos pueden ajustarse para producir estados excitados de mesones como el “bottomonio”, que está formado por un quark bottom y un antiquark anti-bottom. Tanto BELLE como BaBar, en SLAC, están diseñados para medir las desintegraciones de estas partículas de vida corta. Y buscan pequeñas desviaciones de las predicciones teóricas. Hasta la fecha, ambos experimentos han indicado sin errores, varias anomalías.

Resultados asombrosos

En 2008 los físicos de BELLE estaban estudiando las desintegraciones del estado altamente excitado Y(5S) del bottomonio. De acuerdo con la QCD, un estado excitado de Y se desintegra raramente en uno de sus estados menos excitados y un par de piones. Sin embargo, cuando BELLE midió este modo de desintegración del Y(5S), las tasas observadas eran varios órdenes de magnitud mayores de lo experado.

Una explicación posible es que las colisiones electrón-positrón ajustadas para formar Y(5S) pueden haber producido también partículas diferentes: un tetraquark mesón Yb(10890). Ahmed Ali y Christian Hambrock de la colaboración DESY, y Jamil Aslam, de la universidad Quaid-i-Azam en Pakistán, han estado investigando esta hipótesis.

Ali explica el porqué: “Si asumimos que los tetraquarks existen, podemos considerar qué masas son posibles, y cómo se desintegrarán. Encontramos que Yb(10890), un tetraquark mesón formado de un diquark up (un par quark anti-quark de quarks up) y un diquark bottom, tiene una masa muy cercana a la de Y(5S). Puede decaer a Y(2S) y un par de píones de diferentes formas, y si calculamos éstas podemos reproducir los datos experimentales”.

Aunque no es concluyente, la evidencia apoya la posibilidad de la existencia de los tetraquarks. “Si es cierto”, dice Ali, “ésto es una nueva forma de materia.”

¿Misterio resuelto?

¿Está entonces el misterio resuelto? Todavía no, de acuerdo con Hambrock, que explica: “Esto es una indicación, pero no una prueba. Con este resultado solo no podemos estar seguros de que los dos diquarks estén en un estado verdaderamente ligado”. Hay otras ideas acerca de qué podría estar causando éstas tasas, como dice Tom Browder, co-portavoz de BELLE, de la universidad de Hawaii. “Quizás otros mecanismos [en la interacción de Y(5S)] podrían explicar estos resultados. Nosotros somos físicos experimentales y tenemos que mantener nuestras mentes abiertas”.

Si Yb(10890) es la causa de la anomalía, hay otra pista esperando a ser descubierta, según Ali. “Si estamos en lo cierto, debería ser una combinación de dos apenas distinguibles tetraquarks, el otro formado por un diquark down y un diquark bottom, con masas prácticamente iguales”, explicó. Con una toma de datos corta fijada para mayo de este año, los físicos de BELLE intentarán deducir si la predicción de Ali es correcta.

La investigación se describe en el artículo Phys. Rev. Lett. 104 162001.


Autor: Zoe Matthews
Fecha Original: 27 de abril de 2010
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Comments (3)

  1. Se acumulan las evidencias para los tetraquarks…

    La existencia de una nueva forma de materia denominada “tetraquark” ha sido recibido más apoyo en un reanálisis de un experimento que ha desconcertado a los físicos de partículas desde hace dos años. En 2008, investigadores del experimento BELLE, en el…

  2. Para los que no tengan acceso a PRL, el artículo está en ArXiv: http://arxiv.org/abs/0912.5016

  3. [...] otros dos quarks diferentes. Es difícil entender la existencia de un hadrón que sería un tetraquark. Otros ejemplos se han observado ya, los hadrones exóticos X(3872), Y(3940) y [...]

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