Descubren una partícula integrada por un quark y un antiquark

Unos experimentos en el LHC, el inmenso acelerador de partículas del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), emplazado en una zona fronteriza entre Francia y Suiza, han permitido verificar la existencia de una partícula llamada mesón B_c*⁺. La identificación de la partícula se ha hecho con la ayuda del detector ATLAS del CERN.

Esta partícula es una versión excitada del mesón B_c⁺, contando cada una de las dos con un quark c y un antiquark b.

Con la detección del mesón B_c*⁺, la cantidad total de partículas descubiertas en el LHC asciende ya a 82.

Estudiar la nueva partícula contribuirá a resolver misterios sobre la fuerza nuclear fuerte, una de las cuatro interacciones fundamentales del Modelo Estándar de la física de partículas.

A pesar de décadas de investigación, muchos aspectos de la fuerza nuclear fuerte siguen sin conocerse bien, en particular la forma en que une los quarks. Las partículas compuestas de quarks pesados ​​pueden servir para probar los modelos teóricos de la fuerza nuclear fuerte. Los físicos están particularmente interesados ​​en los mesones B_c⁺, ya que estudiar un sistema con una gran diferencia de masa entre las partículas constituyentes puede ofrecer información única sobre la dinámica que las mantiene unidas.

Este nuevo miembro excitado de la familia B_c⁺ fue producido en colisiones protón-protón de alta energía en el LHC antes de desintegrarse rápidamente, dando lugar en un mesón B_c⁺ y un fotón. Detectar este fotón junto con los productos de desintegración del mesón B_c⁺ demuestra  la presencia del mesón B_c*⁺. Sin embargo, el principal desafío fue que la masa esperada del mesón B_c*⁺ es solo un poco mayor que la del mesón B_c⁺, lo que significa que el fotón producido en la desintegración transporta muy poca energía. De hecho, su energía es tan baja que no puede detectarse fácilmente mediante los métodos habituales.

En vez de utilizar las técnicas estándar de identificación de fotones, los investigadores tuvieron que buscar la conversión del fotón en un par electrón-positrón dentro del detector ATLAS.

Recreación artística del mesón B_c*⁺. (Imagen: Daniel Dominguez / CERN)

La diferencia de masa medida entre la del mesón B_c*⁺ y la del mesón B_c⁺ es de 64,5 ± 1,4 MeV. Este resultado se encuentra dentro del rango de las predicciones teóricas disponibles, aunque se desvía ligeramente de los cálculos modernos más recientes y de alta precisión. En cualquier caso, proporciona información valiosa para los modelos teóricos que describen las masas de las partículas que contienen los quarks más pesados ​​y contribuirá a mejorar la comprensión de la fuerza nuclear fuerte.

El hallazgo del mesón B_c*⁺ se ha presentado oficialmente en la edición número 14 del Congreso Anual de Física del LHC, que se ha celebrado recientemente en París, Francia. (Fuente: NCYT de Amazings)