Tetraquarks y pentaquarks: Nuevas formas de materia exótica descubiertas

Recientemente, científicos que trabajan en el laboratorio del CERN declarado Descubrimiento de materia exótica que no se encuentra en la naturaleza: dos «tetraquarks» diferentes y un «pentaquark», todos creados en colisiones entre pares de protones que chocaron entre sí a velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz. La energía de estas colisiones en realidad se convierte en estas partículas atractivas, que se rige por la famosa ecuación de Einstein E = mc.2. Proporcionan un nuevo método para estudiar la fuerza que une los centros de los átomos.

¿Qué son los quarks?

quarks Propuesto En 1964, el físico estadounidense Murray Gell-Mann tuvo la solución a un problema importante en ese momento. Desde finales de la década de 1940 hasta principios de la de 1960, los físicos descubrieron cientos de partículas, incluidas masas anómalas, cargas eléctricas, tiempos de vida y formas en que interactúan las partículas. Se han descubierto diferentes partículas con diferentes propiedades, los investigadores en ese momento llamaron al zoológico «zoológico de partículas». En el momento de su descubrimiento, estas partículas eran los objetos más pequeños conocidos.

Zell-Man rompió la confusión cuando se dio cuenta de que las bolitas del zoológico no son los objetos más pequeños de la naturaleza. En cambio, los habitantes del zoológico subatómico están formados por partículas aún más pequeñas: los quarks. La idea original de Gell-Mann era que había tres tipos de quarks, a los que llamó quark arriba, quark abajo y quark extraño.

deuda: Kush / Wikipedia / dominio público

Las partículas más pesadas conocidas en ese momento eran combinaciones de tres quarks. Por ejemplo, el familiar protón tiene dos quarks arriba y uno abajo, mientras que el neutrón tiene uno arriba y dos abajo. El nombre de estas partículas pesadas proviene de la palabra griega «bariones». Paras («Pesado»).

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Las partículas de masa media se llaman mesones. mesos («Medio»). Los mesones consisten en un quark y un quark de antimateria. El mesón más común se llama mesón pi («pion»), y un pion particular consta de un quark up y un quark de antimateria down. Las partículas de luz llamadas «leptones» se derivan del griego leptosa («Luz») son partículas completamente diferentes y los quarks no existen. El más famoso es el electrón.

Si bien la teoría de los quarks explicó gran parte del zoo de partículas conocido, predijo la existencia de partículas que aún no se habían observado cuando se propuso la teoría, por ejemplo, «barión omega”, que consta de tres extraños quarks. (Sin embargo, la teoría se verificó unos meses más tarde cuando se descubrió el barión omega). Una fracción de quarks Modelo estándar de física de partículasEs universalmente aceptado en la comunidad científica.

Si bien Zell-Mann propuso originalmente que solo había tres quarks, los científicos ahora han descubierto un total de seis. Sus nombres son Arriba, Abajo, Encantador, Raro, Arriba y Abajo. Durante el último medio siglo, los investigadores han descubierto posibles formas de combinar tres o más quarks y quarks de antimateria simultáneamente.

No solo triángulos, sino cuatros y cincos

Sin embargo, en Kell-Mann Papel original, no limitó las posibles configuraciones de quarks a bariones de tres quarks y mesones de pares quark-antiquark. Propuso el «tetraquark» de cuatro componentes (compuesto por dos quarks y dos antiquarks) y el «pentaquark» de cinco componentes (compuesto por cuatro quarks y un antiquark). Las búsquedas de estas partículas no han tenido éxito durante años, pero en tiempos más recientes, ocasionalmente se han encontrado partículas candidatas.

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En los últimos años, un experimento CERN laboratorio, llamado LHCb, tratando de encontrar partículas previamente desconocidas. Su Descubrimiento anunciado recientemente No es un tipo de materia completamente nuevo, después de todo, se sabe que existen algunos tetraquarks y pentaquarks, sino más bien nuevas variaciones.

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Las dos partículas son tetraquarks. Uno de ellos está compuesto por un quark exótico, un quark arriba, un antiquark abajo y un antiquark extraño; El otro está compuesto por un quark exótico, un quark abajo, un antiquark arriba y un antiquark extraño. (Nota: los antiquarks se indican con una línea encima de la letra).

Crédito: Daniel Domínguez / CERN

Otra partícula nueva es un pentaquark, que se compone de un quark exótico y sus afines arriba, abajo y quarks extraños. Es el primer pentaquark con un quark impar.

Crédito: Daniel Domínguez / CERN

Importancia del material atractivo

Entonces, ¿cuál es la importancia de encontrar nuevos ejemplos de formas de materia más exóticas? Esto 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).

También tiene implicaciones para nuestra comprensión de la evolución del universo primitivo. Después del Big Bang, el universo estaba tan caliente que los quarks vagaron libremente y no quedaron atrapados en partículas más grandes. Aproximadamente una millonésima de segundo después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente como para que la fuerza nuclear fuerte comenzara a acumular quarks en los protones y neutrones que forman el cosmos, pero durante la transición, también debe haber acumulado tetraquarks y pentaquarks. . Si bien estas partículas primordiales se descompusieron hace mucho tiempo, los tetraquarks y los pentaquarks deben entenderse para tener una explicación completa del origen del universo.

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