CMS observa el tetraquark X(3872) como molécula hadrónica formada por dos mesones D⁰*D⁰

Por Francisco R. Villatoro, el 14 octubre, 2020. Categoría(s): Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science

Los tetraquarks pueden ser o bien hadrones exóticos con cuatro quarks de valencia, o bien moléculas hadrónicas formadas por dos mesones ligados. El tetraquark X(3872) fue descubierto por la colaboración Belle en 2003; la anchura de su resonancia era de solo 1 MeV, lo que sugería un hadrón exótico. La colaboración CMS ha observado este tetraquark en la desintegración B0s → X(3872)φ con seis sigmas tras analizar 140 /fb de colisiones a 13 TeV en el LHC Run 2 (2016–2018); se usa el canal X(3872) → J/ψπ+π, con J/ψ → μ+μ, junto a φ → K+K. Se estima un cociente BR(B0s → X(3872)φ) / BR(B+ → X(3872)K+) = 0.48  ± 0.10, muy inferior al cociente BR(B0s → ψ(2S)φ) / BR(B+ → ψ(2S)K+) = 0.87  ± 0.10, lo que apunta a una molécula hadrónica de tipo D0∗D0.

Recuerda que el mesón J/ψ es un quarkonio (mesón formado por un quark y un antiquark del mismo sabor), en concreto, un charmonio (formado por un par quark-antiquark encantado, o charm). Si el tetraquark X(3872) fuera un hadrón exótico (tetraquark verdadero) sería un quarkonio formado por cuatro quarks encanto de valencia (dos quarks charm y dos antiquarks charm); en dicho caso se esperaría que el cociente de las probabilidades de desintegración de los mesones B0s  y B+ en X(3872) sería muy similar al cociente de desintegración de los mesones B0s  y B+ en  ψ(2S). Sin embargo, CMS ha observado que dicho cociente es del orden de la mitad, lo que sugiere que se ha desintegrado solo la mitad de X(3872), es decir, que este tetraquark está formado por un sistema ligado de dos mesones D0∗D0 (de hecho la media mundial para la masa del X(3872) es 3871.69 ± 0.17 MeV/c², que casi coincide con el umbral de masa invariante para la producción de D0∗D0 que es 3872.68 ± 0.07 MeV/c².

No se puede afirmar con rotundidad, pues se necesita confirmación independiente, pero todo apunta que el tetraquark X(3872) es una molécula hadrónica. La cuestión sobre la naturaleza de otros tetraquarks aún sigue abierta. El artículo es CMS Collaboration, «Observation of the B0s → X(3872)φ decay,» Physical Review Letters 125: 152001 (07 Oct 2020), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.152001, arXiv:2005.04764 [hep-ex] (10 May 2020); refuerza la conclusión el análisis teórico de Luciano Maiani, Antonio D. Polosa, Veronica Riquer, «The X(3872) tetraquarks in B and Bs decays,» Physical Review D 102: 034017 (13 Aug 2020), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.102.034017, arXiv:2005.08764 [hep-ph] (18 May 2020).

El artículo teórico de Maiani y sus colegas (ninguno es miembro de la colaboración CMS) sugiere que la diferencia entre los cocientes para la desintegración de los mesones B, recuerda que son 0.48  para X(3872) y 0.87 para ψ(2S), se explica bien bajo la hipótesis de que X(3872) es una molécula hadrónica (compacta) de tipo D0∗D0. En este modelo ϕ es un ángulo de mezcla entre dos posibilidades para la formación de kaón cuyas amplitudes de probabilidad son A1 y A2, siendo el parámetro más relevante el cociente z = A2/(2A1+A2); los detalles se pueden consultar en su artículo. La figura muestra el plano ϕ – z para la desintegración observada con dos piones (izquierda) y para la desintegración con tres piones (que se podrá observar en el futuro). Los resultados de CMS (puntos en rojo con barras de error) están de acuerdo con este modelo teórico, lo que apoya la interpretación propuesta en el artículo de la colaboración CMS.



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Por Francisco R. Villatoro, publicado el 14 octubre, 2020
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