LHCb descarta el tetraquark X(5568) observado por DZero

Por Francisco R. Villatoro, el 14 marzo, 2016. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 3

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El 24 de febrero de 2016 se anunció que DZero (Tevatron, Fermilab) había observado a 5,1 sigmas una nueva partícula, el tetraquark X(5568), con una masa de 5567,8 ± 2,9 (stat) ± 1,9 (syst) MeV/c². Por desgracia, LHCb (LHC, CERN) no la ha observado en 3,0 /fb de colisiones. Por tanto, se descarta su existencia. Tras acumular más de 130 mil desintegraciones con patículas Bs debería haber una señal clara. El resultado ha sido hecho público en Moriond EW 2016 (todavía es preliminar, hasta la aparición del artículo correspondiente).

El descubrimiento de X(5568) se publicó en D0 Collaboration, “Observation of a new Bs π state,” submitted to Phys. Rev. Lett, arXiv:1602.07588 [hep-ex]. El resultado preliminar de LHCb se ha hecho público en Jeroen Van Tilburg (LHCb Collaboration), “Recent hot results (including semileptonic b hadrons decays),” 51st Recontres de Moriond EW 2016, 13 Mar 2016 [contribution].

Más información sobre el tetraquark en Ricky Nathvani, “The Four-Leafed Clovers of Subatomic Particles: Tetraquarks,” Quantum Diaries, 29 Feb 2016; Sergio Prostak, “Physicists Discover New Tetraquark Particle: X(5568),” Sci-News.Com, 26 Feb 2016; “Scientists discover new subatomic particle,” Phys.Org, 26 Feb 2016.

Dibujo20160314 production X 5568 in Tevatron with decay to Bs meson and pi meson news fnal gov b-sub-s-pi-decay

Recuerda que en el Tevatrón del Fermilab colisionaban protones contra antiprotones con una energía en el centro de masas de 1,96 TeV. Ya no está en funcionamiento, pero se acumularon unos 4 /fb de colisiones cuyo análisis aún continua. El supuesto tetraquark X(5568) se desintegra en un mesón Bs y un pión, con la subsiguiente desintegración del mesón Bs en un mesón J/ψ y en un mesón ϕ; en el estado final se observa el pión, un par muón-antimuón y un par kaón-antikaón. Esta figura muestra en forma esquemática la desintegración.

Dibujo20160314 dzero observation of tetraquark 5568 mev arxiv dzero tevatron fermilab

La señal observada por DZero en el Tevatron Run II es muy clara, con una significación estadística de 5,1 σ, es decir, apunta a un descubrimiento. Pero, como siempre, debe ser confirmada de forma independiente para que se considere un descubrimiento. Para ello hay que analizar las colisiones de CDF, también en el Tevatron, y CMS, ATLAS y LHCb en el LHC (CERN). El primero en publicar sus resultados (aún preliminares) ha sido LHCb. No se observa ninguna nueva partícula. Como LHCb es el detector más adecuado para estudiar la física de los mesones Bs, la ausencia de señal es una señal muy firme en contra de la existencia de la nueva partícula.

Dibujo20160314 two models tetraquarks bound state and pair mesons four-quark-states fermilab news fnal gov

Te recuerdo que un tetraquark es una partícula (hadrón exótico) formada por cuatro quarks (dos quarks y dos antiquarks). No sabemos si los cuatro quarks están en pie de igualdad (tetraquark verdadero) o si son dos parejas (mesones) acoplados en una molécula hadrónica. El tetraquark X(5568) se desintegra en un mesón Bs (quark bottom y antiquark strange) y un pión (quark up y antiquark down), por ello debe estar formado por los quarks bottom y up, y los antiquarks strange y down.

Dibujo20160314 pion proton tetraquark zc 3900 fermilab

 

El primer tetraquark, Zc(3900), fue observado por Belle (Japón) y por BESIII (China), pero no ha sido confirmado por LHCb. Este detector del LHC confirmó en 2013 el tetraquark, X(3872), también observado por Belle en 2003. La señal más firme de un tetraquark, en concreto Z(4430), la obtuvo LHCb en 2014, que confirmó un resultado previo de Belle en 2007; según los datos de LHCb, la significación estadística de este tetraquark es de 13,9 σ (una señal fuera de toda duda). Por cierto, recordarás que LHCb en 2015 descubrió el primer pentaquark.

El tetraquark X(5568) observado por DZero se consideraba un descubrimiento importante porque la anchura de su resonancia es muy grande (22 MeV). Esto significa que su vida media es muy corta, luego decae gracias a la QCD, lo que apoya que se trate de un tetraquark verdadero (no una molécula hadrónica). Por desgracia, que LHCb no lo haya observado es una mala señal. Todo apunta a que no existe dicha partícula, aunque haya sido observada a 5 sigmas. Como ya he comentado en más de una ocasión en este blog, conforme pasa el tiempo habrá que cambiar la significancia asociada a un descubrimiento, pues a cinco sigmas habrá muchas falsas alarmas.

 

 



3 Comentarios

  1. Hola, sin ser fisico, me queda una duda tras leer el articulo. Si LHCb dice que no existe este tetraquark en cuestion, que es lo que midio D0? Por mucho que haya que aumentar la significancia 5 sigma sigue siendo bastante, no?

    1. JJ, los análisis estadísticos son muy complicados y costará mucho tiempo (más de un año) saber cuál es la causa de la medida de DZero. Pero, recuerda, falsas alarmas a más de 5 sigmas hay muchísimas en los últimos 10 años. Muchísimas.

      1. El afán por ser los primeros en publicar creo que está haciendo un flaco favor a la física de partículas en particular y a la física en general.
        En los últimos años nos hemos encontrado ya con que “descubrimientos” con una alta significancia estadística al cabo del tiempo” se pierden como lágrimas en la lluvia”.
        Recordemos BICEP2 como ejemplo paradigmático.
        Si más de 5 sigmas ya no significan nada, ¿ qué valor podemos dar al descubrimiento de las ondas gravitacionales que si no recuerdo mal eran de 5.1 sigmas de confianza? Además de un único evento y no observado por otro experimento independiente (ya no digamos que fue antes de las ventanas oficiales)
        Como decía el buen Mulder: “I want to believe” pero ojo!, no sin evidencias irrefutables….
        Nadie duda de la complejidad extrema de estos experimentos pero no creo que se debieran publicitar porque podemos llegar al extremo del cuento de Pedro y el Lobo… Que nadie lo creera cuando sea de verdad.
        Mi naturaleza escéptica ya me previene no solo de publicaciones genralistas sino ya incluso del Arxiv.

        ¿Qué opinas tú de este tema?

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