El experimento LHCb del LHC (CERN) ha observado resonancias que se interpretan como tetraquarks y pentaquarks. Acaba de publicar un arXiv la observación con cinco sigmas de una resonancia con una masa 6.9 GeV/c² en las colisiones protón-protón que decaen en parejas de mesones J/ψ. Esta masa apunta a un estado hadrónico X(6900) formado por cuatro quarks encantados (estado , formado por dos quarks charm y dos antiquark charm). Llamado tetraquark por convenio, no se sabe si es un hadrón exótico (tetraquark «verdadero») o una molécula hadrónica (estado ligado de dos mesones J/ψ). En ambos casos se trato de un gran resultado de LHCb que ha requerido el análisis de 3.9 /fb (inversos de femtobarn) de colisiones con energías a 7 TeV, 8 TeV y 13 TeV c.m.

Un quarkonio (quarkonium) es un mesón formado por un quark y un antiquark del mismo sabor; como el mesón J/ψ, el charmonium, formado por , y el mesón Y, el bottomonium, formado por (no existe el toponium porque el quark top tiene una vida media inferior a la escala de tiempo de hadronización, con lo que no puede formar parte de hadrones, ni mesones ni bariones). El descubrimiento de un tetraquark totalmente encantado, como X(6900), es una gran noticia, aunque no sepamos aún su naturaleza microscópico (si es un verdadero tetraquark). Los quarkonios no tienen sabor por lo que permiten realizar estudios de precisión de la cromodinámica. Así se auguran futuros estudios que ayudarán a clarificar su naturaleza.

El artículo es LHCb collaboration, «Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum,» arXiv:2006.16957 [hep-ex] (30 Jun 2020); recomiendo leer la nota de prensa «El experimento LHCb descubre un nuevo tipo de tetraquark en el CERN», IFIC, CSIC, Valencia [PDF]; «LHCb discovers a new type of tetraquark at CERN,» CERN, 01 Jul 2020.

La colaboración LHCb ha desarrollado dos modelos para interpretar la resonancia X(6900) que ha observado a cinco sigmas. El primer modelo (ver la figura que abre esta pieza), considera que la resonancia es combinación de la superposición de dos resonancias muy cercanas (DPS por double-parton scattering), menos que la resolución energética para los colisiones di-J/ψ que es de 5 MeV/c². En dicho modelo la resonancia tiene una masa m[X(6900)] = 6905 ± 11 MeV/c², una anchura Γ[X(6900)] = 80 ± 19 MeV, y un número de sucesos para la señal de N = 252 ± 63. Para el segundo modelo, que considera una única resonancia (SPS por single-parton scattering) junto con una componente continua no resonante (NRSPS) se estima una masa m[X(6900)] = 6886 ± 11 MeV/c², una anchura de Γ[X(6900)] = 168 ± 33 MeV, y un número de sucesos para la señal de N = 784 ± 148. Ambos modelos describen bien la señal y aún no se puede discernir entre ellos.