Descubrimiento de nuevas partículas

Científicos de la Universidad de Pittsburgh y de la Universidad Carnegie Mellon anunciaron hace un par de días que en el curso de sus investigaciones en el detector del acelerador de partículas Fermilab (CDF) descubrieron la existencia de dos nuevas partículas subatómicas previstas en la teoría pero de cuya existencia real no se tenían noticias hasta este momento.

Las partículas, denominadas sigma sub b y, al igual que los protones y los neutrones, están formados por tres quarks, por lo que se encuadran dentro del grupo de los bariones. Ambos tienen más de seis veces la masa de un protón.

Existen seis tipos de quarks: up, down, strange, charm, bottom y top (u, d, s, c, b y t, respectivamente). Los dos tipos de bariones descubiertos por el CDF tienen la estructura u-u-b y d-d-b, mientras que los protones están formados por u-u-d y los neutrones por d-d-u. La vida de las “nuevas” partículas es extremadamente corta, minúsculas fracciones de segundo.

En las instalaciones del Fermilab, el acelerador de partículas más importante del mundo, se intentan recrear las condiciones de la materia previas al big bang, creando materia exótica, a la que pertenecen las partículas sigma sub b. A diferencia de la materia actual, que sólo contiene quarks u y d, en la exótica están presentes también los otros tipos.

En sus experimentos, el CDF identificó 103 partículas u-u-b, o sigma sub b con carga positiva, y 134 d-d-b, o sigma sub b con carga negativa. Para esto fueron necesarios cientos de miles de millones de colisiones entre protones y antiprotones a lo largo de cinco años.

Según la presentación del físico Petar Maksimovic, de la Universidad Johns Hopkins, que los dos tipos de partículas sigma sub b presentan dos combinaciones de spin: J=1/2 y J=3/2, lo que confirma la teoría de la existencia de un estado basal y un estado excitado.

La teoría de los quarks postula seis tipos diferentes de bariones con un quark bottom y spin J=3/2, como se puede ver en el gráfico que reproducimos a continuación. Con el experimento del CDF ya conocemos a dos de esos bariones.

Descubierta una nueva partícula en el LHC con datos de ATLAS

Investigadores del experimento ATLAS publican en arXiv lo que se cree es la primera observación de una nueva partícula en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). La partícula, c_b(3P), es un nuevo mesón, un estado combinado compuesto por un quark b y su antiquark. Este análisis se ha producido utilizando la ingente cantidad de datos acumulada por el detector ATLAS, 5 femtobarns inversos, y supone la confirmación de una predicción teórica asociada al Modelo Estándar de Física de Partículas, pero en ningún caso se trata de ‘nueva física’. De hecho, “compañeros” más ligeros de esta partícula fueron descubiertos hace 25 años, pero ahora el LHC ha sido capaz de producir un nuevo estado de esta partícula al producir colisiones a una energía nunca antes alcanzada en un acelerador.

Esta observación confirma el enorme potencial de descubrimiento del LHC, cuyos dos grandes experimentos, ATLAS y CMS, han acumulado una gran cantidad de datos desde que comenzaron las colisiones protón-protón en 2010. Entre sus objetivos principales está la confirmación o refutación de la existencia del bosón de Higgs, la partícula predicha por el Modelo Estándar que explicaría el origen de la masa, así como la búsqueda de partículas supersimétricas, otra teoría no confirmada hasta la fecha. Pero entre esa gran cantidad de datos se esconden otros hallazgos interesantes como este nuevo estado de la partícula c_b(3P), que por otro lado confirman la validez del Modelo Estándar en esta escala de energías.