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» » Descubierta nueva partícula subatómica que ayudará a comprender la 'interacción fuerte'

Referencia: AlphaGalileo.org, 9 de octubre de 2014

El descubrimiento de una nueva partícula se torna capaz de "transformar nuestra comprensión" de la fuerza fundamental de la naturaleza que une los núcleos de los átomos.

Dirigido por científicos de la Universidad de Warwick, el descubrimiento de la nueva partícula ayudará a proporcionar una mayor comprensión de la interacción fuerte, una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza que se halla dentro de los protones que componen el núcleo de un átomo.

La partícula, denominada Ds3*(2860)ˉ, es un nuevo tipo de mesón [1], ha sido descubierta por el análisis de los datos recogidos con el detector LHCb del CERN, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) [2].

La nueva partícula se une de manera similar a los protones. Debido a esta similitud, los investigadores de Warwick piensan que los científicos podrán ahora estudiar la partícula para mejorar su entendimiento de las interacciones fuertes.

Junto con la gravedad, la interacción electromagnética y la fuerza nuclear débil, las interacciones fuertes son una de las cuatro fuerzas fundamentales. El profesor Tim Gershon, de la Universidad de Departamento de Física deWarwick, explica:

"La gravedad describe el universo a gran escala de las galaxias a la caída de la manzana de Newton, la interacción electromagnética es responsable de que moléculas que se unan entre sí y también de mantener los electrones en órbita alrededor del núcleo de un átomo.

"La interacción fuerte es la fuerza que une los quarks, las partículas subatómicas que conforman los protones dentro de los átomos. Es tan fuerte que la energía de enlace del protón da una contribución mucho mayor a la masa, a través de la ecuación de Einstein E = mc2, que los propios quarks. [3]”

Debido en parte a la relativa simplicidad de las fuerzas, los científicos han resuelto previamente las ecuaciones detrás de la gravedad y de las interacciones electromagnéticas, pero la poderosa interacción fuerte hace que sea imposible de resolver las ecuaciones de la misma manera.

"Los cálculos de las interacciones fuertes se hacen con una técnica de cómputo intensivo llamada Lattice QCD," apunta el profesor Gershon. "Con el fin de validar estos cálculos es esencial poder comparar predicciones en experimentos. Esta nueva partícula es ideal para este propósito, ya que se conoce que contiene tanto un quark encantado como un espín 3."

Hay seis quarks conocidos por los físicos; arriba, abajo, extraño, encantado, cima y fondo. Los protones y los neutrones están compuestos de quarks arriba y abajo, pero las partículas producidas en los aceleradores como el LHC pueden contener los quarks más pesados ​inestables. Además, algunas de estas partículas tienen valores de espín más altos que las partículas estables de origen natural.

"Debido a que la partícula Ds3*(2860)ˉ contiene un pesado quark encantado resulta más fácil para los teóricos cálcular sus propiedades. Y dado que tiene espín 3, no puede haber ninguna ambigüedad acerca de qué partícula se trata", añade el profesor Gershon. "Por lo tanto, proporciona un punto de referencia para futuros cálculos teóricos. Las mejoras en estos cálculos transformarán nuestra comprensión de cómo están unidos los núcleos entre sí."

El espín es una de las etiquetas utilizadas por los físicos para distinguir entre partículas. Es un concepto que surge de la mecánica cuántica, y que pueden considerarse como algo similar a un momento angular; en un sentido de elevación, el espín corresponde a los quarks orbitando entre sí más rápido que aquellos con un espín más bajo.

El estudiante posdoctorado de Warwick ,Daniel Craik, que trabajó en el estudio, añade a esto: "Tal vez la parte más excitante de este nuevo resultado es que podría ser el primero de muchos descubrimientos similares con datos del LHC. Ya podemos usar la misma técnica, tal como se emplea en nuestra investigación sobre la Ds3*(2860)ˉ, para mejorar a su vez nuestra comprensión de la interacción débil, es una cuestión fundamental planteada por este descubrimiento. Si es así, esto podría ayudar a responder a uno de los más grandes misterios de la física: ¿por qué hay más materia que antimateria en el Universo."

Notas
[1] La partícula Ds3*(2860)ˉ es un mesón que contiene un anti-quark encantado y un quark extraño. El subíndice 3 denota que tiene espín 3, mientras que el número 2860 entre paréntesis es la masa de la partícula en unidades de MeV/c2, que son las preferidas por los físicos de partículas. El valor de 2860 MeV/c2 corresponde aproximadamente a 3 veces la masa del protón.
[2] La partícula fue descubierta en la cadena de desintegración Bs0→D0K-π+ (en la imagen de renglón arriba está expresada correctamente), donde los mesones Bs0, D0, K- y π+ contienen, respectivamente, un anti-quark fondo y un quark extraño, un anti-quark encantado y un quark arriba, un anti-quark arriba y un quark extraño, y un anti-quark abajo y un quark arriba. La partícula Ds3*(2860)ˉ se observa como un pico de la masa de combinaciones de los mesones D0 y K- . Las distribuciones de los ángulos entre las partículas  D0, K- y π+ permiten el espín del mesón Ds3*(2860)ˉ sea determinado de forma inequívoca.

[3] Los quarks están unidos por la interacción fuerte en uno de dos tipos de partículas: los bariones, como el protón, que están compuestos de tres quarks; los mesones que están formados por un quark y un anti-quark, donde un anti-quark es la versión antimateria de un quark.


- Fuente: Universidad de Warwick .
- Publicación:
Colaboración de LHCb. Observation of overlapping spin-1 and spin-3 D0K- resonances at mass 2.86 GeV/c2. Physical Review Letters, 2014 .
Colaboración de LHCb. Dalitz plot analysis of Bs0→D0K-π decays. Physical Review D, 2014 .
- Imagen: El resultado de ajustar la distribución invariante de masa de los candidatos Bs0→D0K-π+ se muestran juntas en las escalas del eje-y, de (a) lineal y (b) logarítmica. Los puntos de datos se muestran en negro, el ajuste total, como una línea de color azul, y los componentes se detallan en los indicadores. Crédito  Physical Review D.
.

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