Los quarks van en grupos
En el modelo clásico de partículas subatómicas propuesto en 1964 por el físico estadounidense Murray Gell-Mann, los hadrones son partículas compuestas por cuarks. Por ejemplo, los cuarks son los componentes básicos de todos los protones y neutrones, de los cuales casi todos hemos escuchado porque son los que se encuentran en el núcleo de cada átomo. Los protones y los neutrones son los hadrones más conocidos.
Fig. 1 Los protones tienen tres cuarks: dos up y un down. Los neutrones tienen tres cuarks también, pero son dos down y un up. Los cuarks interactúan entre sí y se mantienen unidos intercambiando gluones (representados como líneas "peludas" entre los cuarks). Como protones y neutrones están formad0s por cuarks, son catalogados como hadrones.
Existen dos tipos de partículas subatómicas hadrónicas: los bariones, conformados por tres cuarks (como es el caso de los protones y los neutrones), y los mesones, conformados por pares cuark-anticuark.
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Fig. 2 Los bariones se componen de tres cuarks. |
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Fig. 3 Los mesones tienen un cuark y un anticuark -indicado por la línea horizontal sobre la letra. En este caso, en la partícula pión, el cuark es un up y el anticuark es un anti-down. |
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Hadrones exóticos
En su artículo de 1964, Gell-Mann mencionó la posibilidad de que existiera lo que denominó hadrones exóticos, partículas que no tienen la configuración más común de cuarks, como las descritas anteriormente. Este es el caso de los pentacuarks, compuestos por cuatro cuarks y un anticuark.
Tomó cincuenta años demostrar de manera experimental que Gell-Mann tenía razón sobre la existencia de hadrones exóticos: en 2015, el experimento LHCb observó señales en los datos experimentales que eran compatibles con la existencia de pentacuarks.
Un nuevo pentacuark
El 26 de marzo del 2019, la colaboración del LHCb anunció el descubrimiento de un nuevo pentacuark. Esta partícula Llamada Pc(4312)+, decae en un protón y en una partícula J/ψ, que a su vez está compuesta por un cuark y un anticuark encanto (charm).
Fig. 4 El nuevo pentacuark tiene entre sus cuarks a un charm y un anticharm
Hay varias posibles formulaciones de la estructura encontrada. Entre éstas, se postula un estado pentacuark compacto, y en otra posibilidad, una molécula barión-mesón. Las siguientes figuras ilustran estas dos modalidades de “ser pentaquark”.
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Fig. 4 Ilustración de una posible configuración del pentacuark como un estado compacto |
| Fig. 5 Ilustración de una posible configuración del pentacuark como una molécula barión-mesón |  |
De acuerdo con el Dr. César Fernández, “el descubrimiento de estas partículas subatómicas nos permite abrir la puerta a un mejor entendimiento de una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, la interacción nuclear fuerte. Durante los próximos años habrá una gran actividad teórica y experimental para entender este tipo de partículas subatómicas. Un descubrimiento como este es muy excitante para los investigadores que estamos trabajando en entender mejor la interacción fuerte”.
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Notas:
- El artículo de Murray Gell-Mann se puede encontrar en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031916364920013?via%3Dihub
- El boletín que emitió CERN por el descubrimiento se puede consultar en: https://home.cern/news/news/physics/lhcb-experiment-discovers-new-pentaquark
- Para mayores detalles técnicos se puede consultar la página de la colaboración LHCb: http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/
Dra. Gabriela Frías Villegas / Unidad de Comunicación de la Ciencia
Edición, ilustraciones y web: Mtra. Aline Guevara Villegas: / Unidad de Comunicación de la Ciencia
Asesoría científica: Dr. César Fernández Ramírez