TOTEM observa un candidato a glubola formada por tres gluones

Dibujo20180130 COMPETE models vs TOTEM measurements CERN-EP-2017-335 CDS CERN CH

La cromodinámica cuántica (QCD) predice la existencia de glubolas (glueballs), estados ligados de gluones, sin quarks de valencia, que son neutros para la carga de color. El detector TOTEM del LHC (CERN) ha observado de forma indirecta la existencia de una glubola vectorial (oddball u odderon). En concreto, un parámetro ρ = 0,10 ± 0,01 en el canal t para la interacción elástica entre dos protones, valor que se desvía a 4,7 sigmas de la predicción teórica bajo la hipótesis nula de que no se intercambia ninguna glubola virtual. Esta observación basada en colisones a 13 TeV c.m. tendrá que ser confirmada con futuros estudios de colisiones a 14 TeV c.m.

El detector TOTEM (TOTal cross section, Elastic scattering and diffraction dissociation Measurement at the LHC) está formado por cuatro detectores gemelos que se encuentran ambos lados del detector CMS (en concreto a −213, −220, +213 y +220 metros del punto de interacción IP5 del LHC). Estudia las interacciones elásticas entre protones y ha obtenido un valor para la sección eficaz total de σ = 110,6 ± 3,4 mb a 13 TeV c.m. (en perfecto acuerdo con las predicciones teóricas). Sin embargo, para el parámetro ρ, cociente entre la parte real y la imaginaria de la amplitud de dispersión elástica de protones en el canal t, se ha observado una desviación que coincide con lo esperado si se intercambian glubolas vectoriales.

Recuerda que los gluones tienen carga de color (un color y un anticolor) debido a que la QCD es una teoría gauge no abeliana. Los glubolas son una predicción no perturbativa de esta teoría. Hay glubolas formadas por dos, tres, cuatro, … gluones de valencia, pero su observación directa en los grandes detectores del LHC es casi imposible (pues el ruido de fondo debido a los hadrones es demasiado grande). TOTEM no puede observar de forma indirecta las glubolas escalares JPC = 0++ formadas por dos gluones de valencia con masa entre 1,5 y 1,8 GeV (según QCD en el retículo). Solo puede observar las glubolas vectoriales JPC = 1−− formadas por tres gluones de valencia con masa entre 3 y 4 GeV (según QCD en el retículo).

Como siempre en física de partículas, una primera observación de un nuevo fenómeno, aunque sea predicho por la teoría, debe ser considerada como un indicio fuerte hasta que no sea confirmada de forma independiente. En este caso la confirmación puede tardar algunos años. El artículo es The TOTEM collaboration, “Title First determination of the ρ parameter at √s = 13 TeV – probing the existence of a colourless three-gluon bound state,” Phys. Rev. D (2018), CERN-EP-2017-335 [PDF]. Por cierto, uno de los autores es Héctor García Morales, @CERNtripetas, a quien agradezco que me hiciera notar este trabajo el pasado 13 de enero.

Los interesados en información detallada sobre las glubolas pueden consultar Eberhard Klempt, Alexander Zaitsev, “Glueballs, hybrids, multiquarks: Experimental facts versus QCD inspired concepts,” Physics Reports 454: 1-202 (2007), doi: 10.1016/j.physrep.2007.07.006, arXiv:0708.4016 [hep-ph].

4 comentarios

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Gabriel Domínguez Gabriel Domínguez

¿Qué diferencia hay entre la cromodinámica cuántica y el modelo estándar? ¿Predicen lo mismo?

Mario Mario

Hola Francis,
Me he enterado de la noticia gracias a esta entrada. ¿Sabes si este resultado puede darnos alguna pista sobre si el gluón adquiere masa no nula de forma dinámica?

Saludos!

Francisco R. Villatoro Francisco R. Villatoro

No, Mario, el nuevo resultado no permite estimar la masa de la glubola, que según LQCD ronda los 3,8 GeV; solo se aporta información sobre su momento angular, J=1, que asegura que no está formada por fermiones de valencia. Por ello, hasta donde yo sé, no aporta información sobre la masa dinámica del gluón, que se suele estimar en unos 0,7 GeV.

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