Posible descubrimiento del pentaquark en LHCb

Por Francisco R. Villatoro, el 14 julio, 2015. Categoría(s): Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 3

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Los hadrones, partículas formadas por quarks, son mesones (dos quarks) y bariones (tres quarks). Nada prohíbe los hadrones exóticos formados por cuatro quarks (tetraquarks) o por cinco quarks (pentaquarks). Hoy el CERN ha anunciado que LHCb ha observado el primer pentaquark. En concreto la desintegración Λ0b → J/ψ K Pc+ (donde Pc(4450)+ es el nuevo pentaquark formado por dos quarks up, un quark down, un quark charm y un antiquark charm).

Hay que tener cuidado porque no está confirmado que se trate de un hadrón exótico (pentaquark formado por cinco quarks libres en su interior), pudiéndose ser un molécula hadrónica (formada por un mesón y un barión unidos entre sí). La diferencia puede parecer pequeña (para una nota de prensa), pero es enorme desde el punto de vista de la cromodinámica cuántica (la teoría de la interacción entre quarks en el modelo estándar).

El artículo es LHCb collaboration, “Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in Λ0b→J/ψK−p decays,” arXiv:1507.03414 [hep-ex] (se publicará en Physical Review Letters). Más información divulgativa en “CERN’s LHCb experiment reports observation of exotic pentaquark particles,” CERN News, 14 Jul 2015.

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Ya hablé de los pentaquarks en este blog (“Qué pasó con… los pentaquarks,” LCMF, 08 Oct 2011). LHCb ya publicó su descubrimiento del tetraquark el año pasado (“LHCb confirma la existencia de la partícula Z(4430) formada por cuatro quarks,” LCMF, 09 Abr 2014). Como entonces aún no sabemos si se trata de un hadrón exótico fetén o una molécula hadrónica del montón. Saberlo con seguridad no es nada fácil, por ello se han proclamado muchos descubrimientos de los tetraquarks y los pentaquarks en la última década. Hay que ser cautos con este tipo de noticias.

LHCb ha analizado 3 /fb (inversos de femtobarn de datos) de colisiones protón contra protón a 7 TeV c.m. (2011) y 8 TeV c.m. (2012). El espectro de masas J/ψ p indica la presencia de dos picos a unas 9 sigmas (desviaciones típicas). Un pico a 4380 ± 8 ± 29 MeV con una anchura de 205 ± 18 ± 86 MeV, y un segundo pico más estrecho a 4449,8 ± 1,7 ± 2,5 MeV con anchura 39 ± 5 ± 19 MeV. Ambos picos se interpretan como señal del pentaquark Pc, un estado con espín 3/2 y el otro con espín 5/2. La interpretación de esta señal como un pentaquark fetén requiere información adicional aún no disponible (LHCb durante el LHC Run 2 debería aclarar esta cuestión).

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Como bien sabrás la idea de que los hadrones están formados por quarks fue introducida por Gell-Mann (1964) y Zweig (1964). Parece natural preguntarse por qué sólo observamos estados sin carga de color tipo qq (mesones) y tipo qqq (bariones). Ninguna ley física prohíbe estados con mayor número de quarks. Por ello, Jaffe (1976) introdujo la idea de los tetraquarks (qqqq) y Strottman (1979) la idea de los pentaquarks (qqqqq). Ha habido muchas falsas alarmas en los últimos lustros, pero la observación (definitiva) del tetraquark la obtuvo la Colaboración Belle (2008 y 2013) y más tarde LHCb (2014). Sin embargo, aún no conocemos la naturaleza íntima de estas partículas compuestas de quarks. Podría tratarse de moléculas hadrónicas formadas por mesones y bariones.

Los físicos españoles de la colaboración LHCb estarán muy contentos, pues nadie duda de que el artículo será aceptado para publicación por Physical Review Letters y para muchos expertos será considerado el descubrimiento (definitivo) del pentaquark. Lo siento, no tengo tiempo para una discusión detallada de los argumentos a favor de estados tipo molécula hadrónica y en contra de tetraquarks y pentaquarks verdaderos. Hoy es el día de New Horizons y la atención mediática está centrada en Plutón y Caronte.

 



3 Comentarios

    1. Alvaro, tu pregunta es: ¿cuántos quarks de valencia son necesarios para hablar de plasma de quarks y gluones? No hay un límite oficial (que yo sepa), pero hasta 8 quarks de valencia se habla de hadrones exóticos (hay artículos que han calculado las propiedades de los octoquarks).

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