Otro barión-B descubierto en el Tevatrón, quizás ya el último

La noticia ha salido en muchos medios, pero para los que aún no se han enterado… El experimento CDF del Tevatrón en el Fermilab ha descubierto un nuevo barión-B formado por tres quarks usb (arriba+extraño+fondo). Puede parecer un descubrimiento menor pues todo el mundo da por hecho que este barión existía y la estimación de sus propiedades indicaba que se descubriría pronto, bastaba acumular el número apropiado de colisiones. Lo mismo pasa con los tres bariones en azul en la figura de arriba (dbb, sbb y ubb), los tres con dos quarks b (fondo) están aún por descubrir. Este barión quizás sea el último que se descubra en el era del Tevatrón (que finalizará sus colisiones el 30 de septiembre). Los tres que quedan por descubrir caerán en las búsquedas del próximo año en el LHC (quizás en el LHCb). Estos bariones son difíciles de detectar y se requieren muchas colisiones para lograrlo, pero la ventaja energética del LHC es difícil de superar para el Tevatrón.El experimento CDF ha utilizado 4,2 /fb de colisiones y ha observado solo 25,3 ± 5,5 bariones Ξb neutros, estimando su masa en 5787,8 ± 5,0 (stat) ± 1,3 (sys) MeV, en buen acuerdo con las predicciones teóricas. El nuevo resultado se ha presentado en el EPS HEP 11, en la charla de Peter Bussey, “Studies of bottom baryons at CDF,” 22 june 2011, pero tras la aparición del artículo técnico en CDF Collaboration, “Observation of the Xi_b^0 Baryon,” ArXiv, 20 Jul 2011. Recomiendo, como siempre, leer a Tommaso Dorigo, “A New Beautiful Baryon Bagged By CDF,” A Quantum Diaries Survivor, July 20th, 2011.

Algún lector se preguntará… por qué no aparecen los bariones formados por uno o varios quarks top (cima) en figuras que las que se listan todos los bariones. La razón es que el quark top es tan pesado que se desintegra tan rápido en partículas de menor masa que no tiene tiempo de formar hadrones (bariones o mesones) que puedan ser detectados. Las estimaciones teóricas indican que los mesones-T y los bariones-T (formados por 1, 2 o 3 quarks/antiquarks top) no pueden ser observados en el LHC del CERN, y ni mucho menos en el Tevatrón del Fermilab. Aún así, los bariones-B con dos quarks b (bottom o beauty, como prefieras) serán descubiertos por el LHC del CERN, que ya ha recogido el guante de su competidor.

Por cierto, el LHC ya ha cogido ritmo y está produciendo gran número de colisiones utilizando 1380 paquetes de protones. El fill #1962 (20 Jul 2011), con una duración de 15:26 horas, logró acumular 46,3 /pb en ATLAS y 43,6 /pb en CMS. Los fill #1966 (22 Jul 2011) y #1967 (23 Jul 2011) también fueron bastante largos, con 8:35 y 11:26 horas de colisiones. Ahora se ha empezado a subir la luminosidad instantánea controlando varios parámetros. Todo apunta a que el proceso será todo un éxito. Ya os contaré. ATLAS y CMS ya tienen grabadas en disco 1,39 y 1,36 fb-1 de colisiones en 2011.

PS (27 julio): Merece la pena leer a Brian Dorney, “Gell-Mann’s Eight Fold Way,” Quantum Diaries, July 24th, 2011.



9 Comentarios

    1. Alejandro, la vida media del quark top, que decae gracias a la interacción débil, es muy corta como para permitir que forme hadrones. ¿De qué depende esta vida media?

      El término principal para la vida media del quark top depende del cubo (tercera potencia) de la masa del quark top (mt), del cuadrado (segunda potencia) del elemento de la matriz CKM que lo acopla al quark bottom (Vtb), y linealmente de la constante de Fermi (GF). No hay dependencia en el término principal con respecto al cociente entre las masas del quark top y del bosón W. Pero tampoco hay dependencia respecto a la constante de acoplamiento QCD que determina su escala.

      El siguiente término perturbativo (NLO) que corrige la vida media del quark top sí que depende del cociente entre la masa del quark top y del bosón W, pero también depende de la constante de acoplamiento QCD.

      El término principal (LO) da 1,61 GeV y si se incluye la corrección (NLO) se obtiene 1,26 GeV (valor más próximo al medido de forma experimental).

      Por si te sirve de referencia, la fórmula exacta es la siguiente:

      https://francis.naukas.com/files/2011/07/dibujo20110725_top_quark_width_lo_and_nlo_corrections.png

      Si te preguntas quién tiene un efecto más importante en la vida de media del quark top, si el cociente entre la masa del bosón W y la del quark top, o si el término que depende de la constante de acoplamiento, puedes comprobar evaluando numéricamente la fórmula que su dependencia es muy similar (el producto de los dos primeros términos da 0,872 y el último término da 0,898).

      Más información en The DZero Collaboration, “Determination of the width of the top quark,” March 11, 2010, y en el paper que se publicó en PRL en 2011, “Determination of the width of the top quark,” ArXiv, Sept. 28, 2010.

      1. Joer Francis,

        Y eso que no eres especialista.

        Una cosa buena de los buenos blogs de ciencia dirigidos a los no especialistas, como éste, es que pueden abrir el interés de sus lectores no expertos para estudien cosas con el simple fin de aprender.

        Estoy pensando en leerme libros básicos a ver si aprendo algo. He pensado en los siguientes:

        – Introduction To Elementary Particles, D. Griffiths (Partículas Elementales)
        – A First Course in General Relativity, B. Schutz (Relatividad General y un poquito de cosmología)
        – A First Course in String Theory, B. Zweibach (Teoría de Cuerdas)
        – ¿? (Gravedad Cuántica de Bucles)

        ¿Hay alguno de este nivel que trate sobre la LQG? Con ese hipotético cuarto volumen para mi sería suficiente y cumpliría mi objetivo de tener cierta culturilla en la vanguardia de la física.

        1. Lo siento, El Cid, no conozco ningún libro de gravedad cuántica de bucles al estilo del Zweibach.

          Por otro lado, creo que te falta un libro de supersimetría (centrado en el MSSM) por lo que te recomiendo:

          – Ian J. R. Aitchison, “Supersymmetry in Particle Physics. An Elementary introduction,” Cambridge Univ. Press, 2007.

          Como dice el propio autor en el prefacio: “in my experience the existing sources are generally suitable only for professional (or intending) theorists. (…) my approach is generally intuitive and constructive rather than formal and deductive.” Es un libro para físicos de partículas (experimentales) que conocen el modelo estándar y quieren realizar cálculos en MSSM sin necesidad de estudiar demasiada teoría. A mí me gusta bastante y el nivel es parecido al Zweibach.

      2. En realidad estaba pensando en la comparacion entre la formula que das y la que tendriamos que poner para la vida media del meson propiamente, que por primeros principios dependeria solo, entiendo, de la masa del top y de la constante de acoplo fuerte (o lo que es lo mismo, de la tension de la cuerda de QCD).
        Por cierto, la formula que pones para la vida media de un quark es muy maja ponerla para masas muy pequeñas y muy grandes respecto a la del W, y ver entonces como la dependencia pasa de ser quintica a ser cubica con la masa, es una de las formas mas analiticas de ver la restauracion de la simetria electrodebil pero se ve que como en ultimo año de carrera ya se nos supone espabilados, en ningun libro de texto se discute.

      3. Gracias! Ya no recuerdo lo que escribi en el articulo, pero en cualquier caso, eliminando las especulaciones del Z0, el paso de quintica-debil a cubica-unificada en la desintegracion electrodebil deberia ser cosa de libro de texto. No se, supongo que algunos libros de los 70-80 sí que lo contemplarian, al menos como ejercicio. Otro punto mas sutil, o discutible, es lo de que al romperse la unificacion la electromagnetica se libra y por ello las desintegraciones de cosas como los mesones neutros, aunque no sean elementales, siguen siendo cubicas… como ahi la cosa se lia con la necesidad de usar la anomalia, es facil que se pase sobre ello de puntillas.

        Son majos, todos estos calculos.

      4. @El Cid, ha aparecido un artículo sobre gravedad cuántica de bucles en Amazings.es. Supongo que ya lo conocerás. El autor (Quantum) tiene un blog en el que ha publicado un listado de referencias y libros sobre LQG.

        Su recomendación es el libro de Rovelli, “Quantum Gravity,” CUP 2004 (yo no lo he leído, pero tiene buena pinta; otra lectura pendiente para los próximos meses). Según él “Este libro es una introducción a la visión de Carlo Rovelli, uno de los fundadores de la teoría, sobre LQG y los modelos de spin foams. La discusión es muy accesible y tiene numerosas partes donde se introducen los problemas conceptuales y filosóficos detrás de la formulación de la LQG.”

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 23 julio, 2011
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