{"id":234765,"date":"2017-03-22T16:28:16","date_gmt":"2017-03-22T19:28:16","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/?p=234765"},"modified":"2017-03-22T16:30:27","modified_gmt":"2017-03-22T19:30:27","slug":"los-cuarks-y-sus-combinaciones-exoticas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/los-cuarks-y-sus-combinaciones-exoticas\/","title":{"rendered":"Los cuarks y sus combinaciones ex\u00f3ticas"},"content":{"rendered":"
\"El

FERMILAB VISUAL MEDIA SERVICES<\/span><\/a> El acelerador de part\u00edculas Tevatron, en Batavia, Estados Unidos: el m\u00e1s poderoso antes del LHCFERMILAB VISUAL MEDIA SERVICES<\/span><\/p><\/div>\n

El 25 de febrero, f\u00edsicos del consorcio internacional DZero anunciaron el descubrimiento de una nueva part\u00edcula subat\u00f3mica: la denominada X(5568). Esta nueva part\u00edcula no es elemental \u2012o sea, indivisible\u2012 tal como el electr\u00f3n, el fot\u00f3n o el bos\u00f3n de Higgs. En lugar de ello, la X(5568) est\u00e1 compuesta por cuatro part\u00edculas menores de un tipo conocido: los cuarks, raz\u00f3n por la cual se la clasific\u00f3 como tetracuark.<\/p>\n

La novedad que ofrece dicha part\u00edcula reside en la inusual combinaci\u00f3n de sus cuatro cuarks. Este raro tipo de part\u00edcula \u2012las m\u00e1s comunes est\u00e1n conformadas por dos o tres cuarks\u2012 est\u00e1 siendo estudiada desde 2003. Pero la X(5568) es el primer tetracuark formado por tipos totalmente distintos. La comprobaci\u00f3n de todas las maneras posibles en que pueden combinarse los cuarks, propicia para los f\u00edsicos una mayor comprensi\u00f3n de la denominada interacci\u00f3n nuclear fuerte. Ella es la fuerza fundamental que mantiene a los cuarks unidos y origina la mayor parte de la masa y de la energ\u00eda de los protones y neutrones que constituyen los n\u00facleos at\u00f3micos.<\/p>\n

Los cient\u00edficos notaron indicios de la existencia del nuevo tetracuark al analizar los datos recabados durante nueve a\u00f1os por el detector de part\u00edculas DZero, uno de los instrumentos con los que est\u00e1 equipado el acelerador Tevatron en el Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab), en Estados Unidos. El acelerador se desactiv\u00f3 en 2011, tres a\u00f1os despu\u00e9s de que perdiera el t\u00edtulo de acelerador de part\u00edculas m\u00e1s energ\u00e9tico del mundo, frente al Gran Colisionador de Hadrones (LHC), de la Comisi\u00f3n Europea para la Investigaci\u00f3n Nuclear (Cern), en Suiza. El consorcio DZero cuenta con la participaci\u00f3n de investigadores de siete instituciones de investigaci\u00f3n brasile\u00f1as, entre las que figura el Centro Brasile\u00f1o de Investigaciones F\u00edsicas (CBPF), en R\u00edo de Janeiro.<\/p>\n

\"060-063_Pentaquark_1\"<\/a>El anuncio de este hallazgo impuls\u00f3 otras colaboraciones internacionales de f\u00edsicos que emprendieron la b\u00fasqueda de evidencias de la existencia de la X(5568) entre sus datos. Hasta el cierre de la presente edici\u00f3n, tan s\u00f3lo el grupo que gestiona el experimento LHCb, uno de los cuatro detectores de part\u00edculas del LHC, hab\u00eda anunciado el resultado de sus an\u00e1lisis. \u201cBuscamos indicios del tetracuark detectado por el DZero y no hallamos nada\u201d, dice Ign\u00e1cio Bediaga, coordinador de los f\u00edsicos del CBPF que colaboraron con el LHCb. \u201cNo obstante, el resultado obtenido por el DZero es muy bueno, y su an\u00e1lisis resulta bastante consistente\u201d, subraya. \u201cMe parece que nos encontramos ante un nuevo fen\u00f3meno\u201d.<\/p>\n

Bediaga explica que el equipo del LHCb rastre\u00f3 se\u00f1ales de la existencia de la part\u00edcula X(5568) entre sus datos sobre el origen de las part\u00edculas denominadas mes\u00f3n B y mes\u00f3n \u03c0, cada una integrada por dos cuarks. Los dispositivos como el LHC, generalmente aceleran part\u00edculas constituidas por muchos cuarks, como en el caso de los protones, hasta velocidades cercanas a la de la luz. Cuando colisionan, los protones se desintegran originando part\u00edculas huidizas de todas las especies posibles, algunas formadas por cuarks. Una de ellas podr\u00eda ser la X(5568), una part\u00edcula con un tiempo de vida extremadamente fugaz, que en una fracci\u00f3n de segundo se dividir\u00eda en dos tipos de part\u00edcula con masa menor. Cada X85568) podr\u00eda originar un mes\u00f3n B y un mes\u00f3n \u03c0, ambos con valores energ\u00e9ticos bastante espec\u00edficos. Los f\u00edsicos notar\u00edan, entonces, un exceso de mesones B y \u03c0 con esa energ\u00eda, algo que el DZero pudo observar y el LHC no.<\/p>\n

Con todo, existe una diferencia estructural importante entre los dos detectores que podr\u00eda estar permitiendo al tetracuark escapar del LHCb, explica Bediaga. El LHCb se construy\u00f3 para detectar las part\u00edculas que surgen en cercan\u00edas de la direcci\u00f3n de propagaci\u00f3n de los haces de protones que colisionan. En tanto, el DZero era un detector similar al CMS y al Atlas, otros dos detectores del LHC. Esos detectores presentan un formato similar a un barril y fueron proyectados para captar las part\u00edculas que surgen en todas direcciones alrededor del haz. Es posible que la X(5568) est\u00e9 surgiendo en las colisiones del LHC, pero solamente realice trayectorias fuera del alcance del LHCb.<\/p>\n

\u201cSi el CMS o el Atlas logran detectar la X(5568), nos enfrentaremos a un rompecabezas muy interesante\u201d, dice Bediaga. \u201cSi no la registran podr\u00eda ser que el an\u00e1lisis del DZero tuviera alg\u00fan problema que pas\u00f3 desapercibido\u201d.<\/p>\n

\"060-063_Pentaquark_2\"<\/a>Din\u00e1micas de colores
\n<\/strong>\u201cCuando solamente en una colaboraci\u00f3n experimental se detecta un nuevo tetracuark, quedamos un paso atr\u00e1s\u201d, dice la f\u00edsica te\u00f3rica Marina Nielsen, de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP). Nielsen coordina un equipo que fue uno de los primeros en el mundo en realizar c\u00e1lculos verificando que, en caso de que se lo pueda confirmar, la X(5568) que detect\u00f3 el DZero tambi\u00e9n podr\u00eda ser un tetracuark.<\/p>\n

Nielsen y sus colegas Jorgivan Dias y Alberto Torres, de la USP, y Kanchan Khemchandani y Carina Zanetti, de la Universidad del Estado de R\u00edo de Janeiro, corrieron contrarreloj entre los d\u00edas 25 y 29 de febrero para verificar si la masa y otras propiedades del nuevo tetracuark podr\u00edan explicarse mediante la interacci\u00f3n nuclear fuerte.<\/p>\n

Los tetracuarks son part\u00edculas extremadamente raras, que comenzaron a observarse reci\u00e9n en los \u00faltimos a\u00f1os con el aumento de la energ\u00eda de las colisiones de los aceleradores de part\u00edculas y el incremento de la sensibilidad de sus detectores. Su existencia hab\u00eda sido prevista en 1964 por los f\u00edsicos te\u00f3ricos George Zweig y Murray Gell-Mann, que fueron los primeros que concibieron la idea de que varias de las decenas de part\u00edculas detectadas en los aceleradores de aquella \u00e9poca, incluyendo a los protones y neutrones, estar\u00edan constituidos por d\u00faos o tr\u00edos de cuarks. Las teor\u00edas de Zweig y Gell-Mann fueron comprobadas y perfeccionadas por varios f\u00edsicos durante las d\u00e9cadas posteriores, dando origen a la cromodin\u00e1mica cu\u00e1ntica, una teor\u00eda que tambi\u00e9n prev\u00e9 la existencia de cuartetos y quintetos de cuarks (observe la infograf\u00eda superior<\/a><\/em>).<\/p>\n

Reci\u00e9n a partir de 2003, los experimentos en diferentes aceleradores de part\u00edculas comprobaron la existencia de un tetracuark, el X(3872). Desde entonces, trabajos conjuntos internacionales han confirmado la observaci\u00f3n de 15 posibles tetracuarks y, en el mes de julio del a\u00f1o pasado, el grupo que opera el experimento LHCb anunci\u00f3 el descubrimiento de dos pentacuarks: el Pc(4450) y el Pc(4380).<\/p>\n

Incluso podr\u00edan existir otras part\u00edculas formadas por la combinaci\u00f3n de un n\u00famero mayor de cuarks y sus antipart\u00edculas, los anticuarks, siempre que sus secuencias se hallen en sinton\u00eda con las leyes de la cromodin\u00e1mica cu\u00e1ntica. \u201cEsta teor\u00eda permite que exista cualquier combinaci\u00f3n formada por cuatro, cinco o m\u00e1s cuarks, siempre que una propiedad a la cual se denomina carga de color sea invariablemente neutra\u201d, dice Nielsen.<\/p>\n

Ella y sus colegas son expertos en un m\u00e9todo matem\u00e1tico denominado \u201creglas de suma\u201d, que permite la realizaci\u00f3n de c\u00e1lculos cercanos a los propuestos por la cromodin\u00e1mica cu\u00e1ntica. Este m\u00e9todo resulta necesario porque la cromodin\u00e1mica cu\u00e1ntica se basa en principios generales aparentemente simples, pero sus ecuaciones matem\u00e1ticas se encuentran entre las m\u00e1s complejas de toda la f\u00edsica, siendo imposible resolverlas con exactitud, incluso con la ayuda de supercomputadoras.<\/p>\n

Bas\u00e1ndose en las reglas de suma, Nielsen y su grupo calcularon la masa y el resto de las propiedades observadas en la X(5568) y arribaron a la conclusi\u00f3n de que ellas pueden explicarse si la part\u00edcula estuviera compuesta por dos cuarks (up <\/em>y bottom<\/em>) y dos anticuarks (strange <\/em>y down<\/em>). Con todo, sus c\u00e1lculos no descartan otra posibilidad. En lugar de conformar un verdadero tetracuark, la X(5568) podr\u00eda interpretarse como dos mesones (cada uno conteniendo dos cuarks) unidos d\u00e9bilmente. Tal combinaci\u00f3n, a la cual se la denomina mol\u00e9cula de mesones, constituye un modo alternativo de anulaci\u00f3n de las cargas de color siendo, por lo tanto, algo permitido por la cromodin\u00e1mica cu\u00e1ntica. Los colaboradores de Nielsen finalizar\u00e1n en breve nuevos c\u00e1lculos en los cuales asumen que la X(5568) es una mol\u00e9cula de mesones. Si los mismos arribaran a un valor de masa diferente al que midi\u00f3 el DZero, sabr\u00e1n que la X(5568) no es una mol\u00e9cula de mesones. En tanto, si el valor calculado fuera pr\u00f3ximo al medido, la duda subsistir\u00e1.<\/p>\n

Proyecto
\n<\/strong>F\u00edsica de hadrones (n\u00ba 2012\/50984-4<\/a>); Modalidad<\/strong> Proyecto Tem\u00e1tico; Investigadora responsable<\/strong> Marina Nielsen (IF-USP); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 290.720,00<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/em>
\nABAZOV, V. M. et al<\/em>. Observation of a new B0s \u03c0 \u00b1 state. Physical Review Letters<\/strong>. En prensa.
\nDIAS, J. M. et al<\/em>. A QCD sum rule calculation oftheX\u00b1(5568) \u2192 B0s \u03c0 \u00b1 decay width. arxiv.org pdf\/1603.02249v1.pdf<\/a>.
\nZANETTI, C. M.; NIELSEN, M. e KHEMCHANDANI, K. P. A QCD sum rule study for a charged bottom-strange scalar meson. arxiv.org\/pdf\/1602.09041.pdf<\/a>.<\/p>\n

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