Hallan una nueva familia de partículas compuestas por cuatro quarks

Un experimento en el colisionador de electrones y positrones de Pekín detecta la segunda partícula de este tipo, descubriendo así una nueva categoría de componentes subatómicos de la materia

BESIII Collaboration

Experimento BESIII del Colisionador de Electrones-Positrones II de Pekín (BEPCII)

 Un equipo internacional de físicos de la Universidad de Hawái en Manoa (EE. UU.) y del Colisionador de Electrones-Positrones II de Pekín (BEPCII), en China, ha descubierto una nueva partícula subatómica con carga eléctrica denominada Zc(4020) y compuesta por cuatro quarks.

 

Después de que este mismo equipo anunciara el pasado abril el hallazgo de la primera partícula de este tipo, llamada Zc(3900), el nuevo descubrimiento sugiere la existencia de una nueva familia, hasta ahora desconocida, de estos componentes de la materia.

Los quarks, de los que existen seis tipos, no se presentan aislados en la naturaleza, sino que se combinan en grupos para formar hadrones. Hasta la fecha se conocen únicamente grupos de dos quarks, llamados mesones, y de tres, que forman los bariones. Entre estos últimos se encuentran los protones y los neutrones, componentes que integran la mayor parte de la masa de la materia visible.

Utilizando el BEPCII, los científicos hicieron colisionar electrones y positrones a una energía de 4260 megaelectronvoltios (MeV), que corresponde a la masa de una partícula anómala llamada Y(4260) cuya naturaleza exacta aún no se ha determinado. A continuación estudiaron los productos de la desintegración de esta partícula mediante el experimento BESIII (Beijing Spectrometer), el principal detector del BEPCII en el que colaboran unos 350 físicos de 50 instituciones pertenecientes a 11 países.

Entre los subproductos de Y(4260), los físicos lograron observar por primera vez la partícula Zc(3900) la pasada primavera, a la que se une ahora la Zc(4020), compuesta también por cuatro quarks. En las desintegraciones apareció además una partícula eléctricamente neutra llamada X(3872), detectada experimentalmente por primera vez hace más de diez años y de la que se sospecha desde hace tiempo que podría estar formada por cuatro quarks. Sin embargo, esto último no ha podido confirmarse hasta ahora debido a que su carencia de carga eléctrica no ha permitido distinguir entre esta y otras posibles interpretaciones.

Nuevo tipo de materia

Según el coautor del nuevo estudio Frederick Harris, profesor de física y astronomía de la Universidad de Hawái en Manoa y portavoz del experimento BESIII, “mientras que durante mucho tiempo se ha sabido que los quarks se unen en grupos de dos o tres, estos resultados están abriendo rápidamente el camino a un nuevo tipo de materia de cuatro quarks que hasta ahora era esquiva”. “Los datos recogidos por la colaboración del BESIII continúan proporcionando una cadena de pistas sobre la naturaleza de los objetos multiquark”, añade.

“Hasta ahora, el año 2013 ha sido emocionante para el experimento BESIII”, opina Harris. “Usando las desintegraciones de Y(4260), ha comenzado a aparecer una familia de objetos de cuatro quarks. Aunque aún falta completar el esquema teórico, cada vez más pistas sugieren que estamos ante nuevas formas de materia. Y mientras emerge un nuevo ‘zoo’ de misteriosas partículas, parece que pronto tendremos a mano un nuevo sistema de clasificación para entenderlo”. Los físicos han enviado sus resultados a la revista Physical Review Letters.