La cromodinámica cuántica (QCD) predice que los gluones no tienen masa (en el régimen perturbativo donde se aplica la libertad asintótica). Pero a baja energía (en el régimen no perturbativo) tienen una masa efectiva (el salto de masa) que permite la formación de hadrones exóticos con gluones de valencia (LCMF, 23 jun 2016). Glubolas con dos gluones de valencia de tipo escalar 0++ como f0(1500), tensorial 2++ como f2(2340), o pseudoescalar 0−+ como X(2370), y con tres gluones de valencia como el pomerón y odderón (LCMF, 10 mar 2021). Hay muchos indicios sobre estas glubolas, pero aún no se han descubrimiento. BESIII publica en Physical Review Letters que la candidata X(2370) ha sido observada con 11.7 sigmas y tiene la paridad de una glubola pseudoescalar 0−+ con 10.1 sigmas; además, tiene una masa de 2395 ±11(stat) +26−94(syst) MeV/c2 y una anchura 188+18−17(stat) +124−33(syst) MeV. En los datos recolectados por el detector BESIII se ha analizado la desintegración de (10.09 ± 0.04) × 109 mesones J/ψ mediante J/ψ → γ X(2370), con X(2370) → f0(980) η′, y f0(980) → K0SK0S, es decir, un fotón y seis piones, cuya tasa de desintegración es BR = (1.31 ±0.22(stat) +2.85−0.84(syst))×10−5. Siendo lo más relevante que se ha confirmado que es una resonancia pseudoescalar 0−+, como predice la teoría. Por desgracia, aún no se puede afirmar que X(2370) sea la glubola pseudoescalar que parece ser (recuerda que «si parece un pato, nada como un pato, y grazna como un pato, entonces quizás sea un pato», pero en física de partículas aún no se puede asegurar).
BESIII (Beijing Spectrometer III) es un colisionador circular electrón-positrón con una circunferencia de 240 metros que alcanza energías en el centro de masas entre 2.00 y 4.63 GeV. Ajustando dicha energía puede estudiar en detalle la física de hadrones exóticos y sus resonancias. En concreto, la observación de la resonancia X(2370) en BESIII alcanzó 6.4 sigmas en el año 2011, con una masa de 2376.3 ± 8.7 MeV/c2 (de ahí su nombre) y una anchura de 83 ± 17 MeV. Dicho año se interpretó como una candidata a la glubola pseudoescalar de menor masa, que según los modelos teóricos tenía una masa del orden de 2340 MeV/c2. Por fortuna para esta interpretación, en el año 2020, BESIII alcanzó 8.3 sigmas con una masa estimada de 2341.6 ± 6.5 (stat.) ± 5.7 (syst.) MeV/c2 (muy próxima a la estimación teórica) y una anchura de 117 ± 10 (stat.) ± 8 (syst.) MeV. Ya entonces se anunció que se había observado por primera vez un glubola; sin embargo, faltaba por confirmar que su momento angular fuera 0−+ como predice la teoría. Ahora se ha logrado dicho hito, pero no es suficiente.
En física de partículas hay que ir con paso firme. Según la teoría (QCD en el retículo) la glubola pseudoescalar de menor masa tiene entre 2.3 y 2.6 GeV/c2, similar a la observada. Pero podría haber resonancias cercanas que se sumaran entre sí y que conducieran a un exceso que confundimos con dicha glubola. Por ello, debemos ser cautos y rigurosos, aún no se puede afirmar que se haya descubierto esta glubola (a pesar del gran número de sigmas de las observaciones de BESIII). El artículo es BESIII Collaboration, «Determination of Spin-Parity Quantum Numbers of X(2370) as 0−+ from J/ψ→γK0SK0Sη′,» Physical Review Letters 132: 181901 (02 May 2024), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.181901, arXiv:2312.05324 [hep-ex] (08 Dec 2023); también he citado a BESIII Collaboration, «Observation of X(2370) and search for X(2120) in J/ψ→γKKη′,» The European Physical Journal C 80: 746, (17 Aug 2020), doi: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-020-8078-4; BESIII Collaboration, «Confirmation of the X(1835) and Observation of the Resonances X(2120) and X(2370) in J/ψ→γπ+π−η′,» Physical Review Letters 106: 072002 (16 Feb 2011), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.072002.
El modelo estándar de la física de partículas predice muchas partículas y muchos fenómenos que aún no han sido observados. Cuando se decía en 2012 que el bosón de Higgs daba por finalizado el modelo estándar solo se mentía a los medios con una mentijirilla. En realidad, gran parte del modelo estándar está aún por descubrir. La cromodinámica cuántica describe la interacción entre partículas con cromocarga (carga de color) mediada por gluones. Los quarks y gluones tienen cromocarga, de la que carecen el resto de las partículas (por ejemplo, los electrones son cromoneutros). Los gluones tienen una cromocarga doble, un color y un anticolor (gracias a ello la QCD es una teoría fuertemente no lineal, debido a su grupo de simetría gauge no abeliano).
Las partículas compuestas de quarks y gluones se llaman de forma genérica hadrones (formados por un pequeño número de partículas de valencia y una infinidad de quarks y gluones virtuales). Sin adjetivos, el nombre se reserva para los mesones, un par quark-antiquark de valencia de cromocargas opuestas (por ejemplo, rojo y antirrojo), y los bariones, un trío de quarks de valencia con cromocargas diferentes (en concreto, rojo, verde y azul). Se denominan hadrones exóticos al resto de los hadrones. Los más conocidos son los multiquarks, como los tetraquarks formados por cuatro quarks (dos parejas quark-antiquark) y los pentaquarks formados por cinco quarks (tres quarks y una pareja quark-antiquark); el detector LHCb ha ofrecido evidencias de su existencia. También son hadrones exóticos las llamadas moléculas hadrónicas, formadas por mesones y bariones ligados entre sí (una duda aún existente es si los tetraquarks y pentaquarks observados por LHCb podrían ser moléculas hadrónicas).
Además, de los hadrones exóticos con quarks de valencia también existen los formados por gluones de valencia, las llamadas glubolas. Hay glubolas con dos gluones de valencia, con momento angular 0, 2, 4, …, y con tres gluones de valencia, con 1, 3, … Pero también hay estados híbridos, formados por quarks y gluones de valencia. Por ejemplo, un par quark-antiquark y gluón de valencia. Con todo ello queda claro que el espectro de partículas formadas por quarks y gluones es muy amplio y genera mucha confusión en la actualidad. Hay que recordar que al ser partículas compuestas hay resonancias (estados excitados) asociados a todos los hadrones y hadrones exóticos.
En los datos de colisiones de BESIII para las desintegraciones del mesón J/ψ en piones y fotones se observa claramente un exceso entre 2.3 y 2.4 GeV/c2. Así que no hay ninguna duda de la existencia de esta resonancia. El gran problema es su interpretación teórica, que requiere conocer en detalle sus propiedades. En BESIII se ha usado la técnica PWA (Partial Wave Analysis), que estudia la distribución angular de los productos de desintegración; se interpreta cada uno como una onda parcial con cierto momento angular (que en la jerga se llama espín) y se clasifica cada una en onda-s, onda-p, onda-d, … en analogía con los armónicos esféricos de los orbitales atómicos. Estas ondas parciales permiten determinar el momento angular y la paridad de la partícula que se desintegró, llamada JPC. En el caso de X(2370) se concluye que JPC = 0−+ con 10.1 sigmas de significación estadística, la esperada para una glubola pseudoescalar.
Hola, Francis.
En relación con la interpretación teórica de la resonancia X(2370, el artículo menciona la necesidad de confirmar su naturaleza como una glubola pseudoescalar. ¿Qué otros modelos teóricos existen que podrían explicar esta resonancia? ¿Qué experimentos adicionales podrían realizarse para confirmar o refutar la interpretación actual?
Saludos
Víctor, se requiere un mejor conocimiento teórico y una observación más completa, e independiente. El punto clave es confirmar que sus modos de desintegración son los que corresponden, que primero tienen que calcularse con la teoría (un paso es Walaa I. Eshraim, “Decay of the pseudoscalar glueball into vector, axial-vector, scalar and pseudoscalar mesons,” The European Physical Journal C 83: 262 (2023), doi: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-023-11381-6).
También hay que descartar que sea un estado excitado de un tetraquark (ver, por ejemplo, Niu Su, Hua-Xing Chen, “S- and P-wave fully-strange tetraquark states from QCD sum rules,” Phys. Rev. D 106: 014023 (26 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.106.014023). Y, por supuesto, la replicación independiente.
Apasionante recorrido por la actualidad del modelo estándar. Y todo sin hacer «nueva física». De los chinos, nada que hacer, siguen sin pausa en su «nueva normalidad»…
Rocker, BESIII lleva funcionando desde 2008 y se espera que siga hasta bien entrada la década de los 2030.
estaba profundizando un poco la «prehistoria» de la teoria de cuerdas, que me parece la mas interesante por su base experimental. El resultado de BESIII que se demuestra de acuerdo con las previsiones quiere quizas decir que se encuentran alli donde se predicen que esten segun las «trayectorias de Tullio Regge»?
No, Thomas, pues se trataría, en su caso, de la glubola pseudoescalar menos masiva y, por tanto, sería la primera partícula de una hipotética trayectoria de Regge para glubolas. Así que no se puede decir si está o no está en dicha trayectoria hasta que se observen sus estados excitados de mayor momento angular (2⁻⁺, 4⁻⁺, etc.).
Ah claro! Gracias! 🙂