Una partícula subatómica nunca antes vista ha surgido en el interior
acelerador de partículas más grande del mundo.
Después de chocar partículas entre sí unas 530 billones de
veces, los científicos que trabajan en el experimento CMS del Gran Colisionador
de Hadrones (LHC) en Suiza vieron la evidencia inconfundible de un nuevo tipo
de belleza, el baryon, un pariente más pesado familiar del neutrón.
La partícula se llama el neutral Xi-sub-b. Cuando se formo
en el acelerador de partículas Tevatron en el Fermilab en Batavia, Illinois, el
neutro Xi-sub-b dura sólo o instante antes de desintegrarse en partículas más ligeras.
Los científicos de Fermilab descubrireron estas partículas efímeras por el
lanzamiento de las partículas en torno a un anillo de 4 millas (6,3 km) a una
velocidad cercana a la de la luz. Cuando las partículas chocan entre sí, la
efusión de la energía que se desintegra forma otras partículas.
Un típico caso en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC),
que incluye dos fotones de alta energía cuya energía (representado por las
torres de color rojo) se mide en el calorímetro electromagnético de la CMS. Las
líneas amarillas son las pistas de medición de otras partículas producidas en
la colisión. El volumen de color azul pálido muestra el cristal de la CMS
barril calorímetro.
La teoría de la física del Modelo Estándar predice que el neutral
Xi-sub-b debe existir, pero esta es la primera vez que los investigadores lo
han visto de primera mano. La partícula es un barión (baryon), lo que significa
que se compone de tres partículas fundamentales llamadas quarks. Los protones y
los neutrones, que constituyen el núcleo de los átomos, son bariones. Los protones
contienen dos quarks "arriba" y "abajo", mientras que los
neutrones tienen dos quarks "abajo" y
"arriba".
La partícula recién descubierta contiene un quark extraño,
un quark arriba y un quark abajo. El quark abajo se llama “heavy bottom quark”,
por lo que neutral Xi-sub-b es cerca de seis veces más pesado que un protón o
un neutrón.
El nuevo barión es una de las muchas partículas formadas por
quarks predichas por la teoría de la cromodinámica cuántica.
Los quarks individuales no pueden volar libres por sí
mismos; los científicos los encuentran reunidos en parejas o en grupos de tres.
La teoría describe las diferentes maneras en que los quarks se pueden conectar.
También predice la existencia de estados excitados de las partículas hechas de
quarks.
La primera partícula
descubierta por el equipo de colaboración ATLAS, se anunció en diciembre de
2011, era un estado de excitación de una partícula formada por dos quarks.
Los bariones son partículas constituidas por tres quarks.
El descubrimiento fue anunciado el viernes (27 de abril) en
un documento publicado por la colaboración CMS (CMS significa Compact Muon
Solenoid).
Hasta ahora, los físicos sólo habían visto bariones Xi_b en
sus estados base. El barión Xi_b excitado es el barión más pesado descubierto
hasta ahora en la familia bariónica Xi.
Una partícula pasa a
un estado de excitación cuando tiene una cantidad mayor de energía que su
cantidad mínima de energía. Poco después de las partículas excitadas se forman
en las colisiones de partículas como los que ocurren en el Gran Colisionador de
Hadrones, se descomponen en partículas en estado fundamental, liberando energía
en forma de partículas más pequeñas.
Las partículas de
bariones Xi_b excitados se desintegran en partículas de larga duración que
pueden viajar medio metro desde el punto de colisión antes de decaer. Esto da a
los físicos largas líneas cuando conectan los puntos para encontrar el origen
de los productos finales de la decadencia. Todo esto lo realizan en un estado
de confusión provocado por alrededor de 20 colisiones de partículas que suceden
en el mismo instante.
"Es muy gratificante", el físico trabajando Vincenzo
Chiochia, de la Universidad de Zurich, que trabajo en el experimento CMS, dijo
a LiveScience. "Trabajamos para los proyectos que se ejecutan desde hace
varios años - desde la concepción hasta la toma de datos, puede tardar más de
10 años - así que cuando se llega a un descubrimiento es muy emocionante".
El detector CDF (Collider Detector at Fermilab),
aproximadamente del tamaño de una casa de tres pisos.
"Las colisiones producen una enorme cantidad de
pistas", dijo Chiochia. "Para unir los puntos y encontrar exactamente
lo que proviene de las partículas que se desintegran, en realidad no es fácil.
Lo que me hace confiar en que podemos encontrar esta compleja cadena de
reacciones en el LHC, entonces debemos estar en una posición muy buena para
encontrar [otras] partículas pesadas. "
Además de las otras partículas perdidas predichas por la cromodinámica
cuántica, los investigadores del LHC están persiguiendo a otra elusiva presa el
bosón de Higgs. Esta partícula es necesaria para explicar por qué todas las
partículas tienen masa. Muchos científicos de la CMS y uno de los otros
experimentos del LHC, ATLAS, tienen la partícula está en la mira, y esperan
poder reclamar el descubrimiento del bosón de Higgs a finales de este año.
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