Tetraquarks y Pentaquarks: se encuentran nuevas formas de materia alienígena

Científicos que trabajan en el CERN recientemente anunciar El descubrimiento de una sustancia extraña que no se ve en la naturaleza: dos tipos diferentes de ‘tetraquarks’ y ‘pentaquarks’, todos creados en colisiones entre pares de protones que chocan entre sí a velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz. La energía de estas colisiones se transforma literalmente en estas extrañas partículas, un proceso regido por la famosa ecuación de Einstein E = mc². Proporcionarán una nueva forma de estudiar la fuerza que mantiene unidos los centros de los átomos.

¿Qué son los quarks?

partículas subatómicas Sugirió En 1964 por el físico estadounidense Murray Gell Mann como solución a un gran problema de la época. Desde finales de la década de 1940 hasta principios de la de 1960, los físicos descubrieron cientos de partículas con una asombrosa variedad de masas, cargas eléctricas, edad y formas en que interactúan las partículas. Se descubrieron muchas partículas diferentes con una variedad de propiedades, tanto que los investigadores de la época llamaron al zoológico «zoológico de partículas». En el momento de su descubrimiento, estas partículas eran los objetos más pequeños conocidos.

Gilman rompió la confusión cuando se dio cuenta de que las partículas del zoológico no eran las cosas más pequeñas de la naturaleza. En cambio, los habitantes del zoológico subatómico estaban formados por partículas aún más pequeñas: los quarks. La idea original de Gell-Mann era que hay tres tipos de quarks, a los que llamó quark up, quark down y quark impar.

Las partículas más pesadas conocidas en ese momento eran grupos de tres quarks. Por ejemplo, un protón familiar consta de dos quarks arriba y un quark abajo, mientras que un neutrón consta de dos quarks arriba y dos quarks abajo. El nombre de estas partículas pesadas es «bariones» de la palabra griega Paros («pesado»).

Las partículas de masa media se llaman mesones, de Misus («Centro»). Los mesones están formados por un quark y un quark de antimateria. Más comúnmente llamado un albañil («bion»), un pión en particular consiste en un quark arriba y un quark de antimateria abajo. La partícula más ligera llamada «leptones» se toma del griego labios («luz») es una clase de partículas completamente diferente y no contiene quarks. El más famoso es el electrón.

Si bien la teoría de los quarks explica gran parte del zoo de partículas conocido, también predice la existencia de partículas que aún no se habían observado cuando se propuso la teoría, por ejemplo,barión omegaConsta de tres quarks extraños (sin embargo, la teoría fue validada unos meses más tarde, cuando se descubrió el barión omega). Modelo estándar de física de partículasEs universalmente aceptado dentro de la comunidad científica.

Si bien Gill-Mann sugirió originalmente que solo había tres quarks, los científicos ahora han descubierto un total de seis. Sus nombres son arriba, abajo, encanto, raro, arriba y abajo. En el último medio siglo, los investigadores han descubierto la mayoría de las formas posibles de combinar tres a la vez, o como un par de quarks y antimateria.

No solo tríadas, sino cuartiles y quintillizos

Sin embargo, en Generation Man papel originalNo limitó las posibles formaciones de quarks a bariones de tres quarks, mesones de dos quarks y antiquarks. También postuló un «quark cuaternario» con cuatro componentes (dos quarks y dos antiquarks) y cinco «pentaquarks» (cuatro quarks y un antiquark). La búsqueda de estas partículas no ha tenido éxito durante años, pero recientemente se han descubierto ocasionalmente partículas candidatas.

En los últimos años, realicé un experimento en CERN el laboratorio se llama LHCb, tratando de encontrar partículas previamente desconocidas. que eso Recientemente anunciado No de una clase de materia completamente nueva (después de todo, se sabía que existían un puñado de tetraquarks y pentaquarks), sino de nuevas variantes.

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Dos de las partículas son quarks. Uno de ellos consiste en un quark encanto, un quark arriba, un quark abajo y un antiquark extraño. El otro está formado por quarks charm, quarks down, quarks up y extraños antiquarks. (Nota: los antiquarks se indican con una línea encima de la letra).

Otra partícula nueva es un pentaquark compuesto por un quark charm y un antiquark en combinación con un quark up and down y un quark strange. Es el primer pentágono que se ha encontrado que contiene un extraño quark.

La importancia de la materia extraña

Entonces, ¿cuál es el significado de descubrir nuevos ejemplos de formas de materia muy extrañas? Nos permite comprender mejor la naturaleza de la fuerza nuclear fuerte en condiciones extremas. (La fuerza nuclear fuerte es responsable, entre otras cosas, de mantener unidos los núcleos atómicos).

También tiene implicaciones para nuestra comprensión de la evolución del universo muy primitivo. Poco después del Big Bang, el universo estaba tan caliente que los quarks vagaban libremente y no estaban atrapados dentro de partículas más grandes. Aproximadamente una millonésima de segundo después del Big Bang, el universo se había enfriado lo suficiente como para que la fuerza nuclear fuerte comenzara a acumular los quarks dentro de los protones y neutrones que forman el universo, pero durante la transición, también debería haber acumulado tetraquarks y pentágonos. . . Si bien estas partículas primordiales desaparecieron hace mucho tiempo, un relato completo de los orígenes del universo requiere una comprensión de los tetraquarks y pentaquarks.