El Descubrimiento de Hadrones Exóticos Estimula el Desarrollo Teórico
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A continuación se muestra un artículo publicado hoy (02/07)
em website en español de la "Agencia FAPESP”, señalando que el
descubrimiento de Hadrones Exóticos estimula el desarrollo teórico
Duda Falcão
Artículos
El Descubrimiento de Hadrones Exóticos
Estimula el Desarrollo
Teórico
Por José Tadeu Arantes
02 de julio de 2015
(Foto: Wikimedia Commons)
En el LHC, se confirmó la existencia del objeto
constituido por cuatro quarks.
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Agência FAPESP – El modelo de los quarks, postulado independientemente por los físicos
estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig en 1964, cumplió medio siglo el
año pasado. Sin embargo, y más allá de su longevidad, ahora se ha avanzado en
nuevos desarrollos de ese modelo, tanto en el terreno experimental como en el
aspecto teórico.
Una de esas
novedades es el descubrimiento de un objeto constituido por cuatro quarks, denominado
Z+ (4430). Encontrado por primera vez en 2008, en el Instituto KEK (High Energy
Accelerator Research Organization), en Japón, su existencia se confirmó de
manera convincente en 2014 en el LHC (Large Hadron Collider), el Gran
Colisionador de Hadrones ubicado en la frontera franco-suiza.
El número 4430
se refiere a la masa del objeto, en unidades de megaelectronvoltios sobre la
velocidad de la luz al cuadrado (MeV/c2).
Comparativamente, la masa del protón es de aproximadamente 938,3 MeV/c2. Y al contrario que el protón, cuya vida media es
superior a 2,1×1029 años (casi 20 veces la edad estimada
del Universo), el Z+ (4430) sobrevive tan sólo durante una diminuta fracción de
segundo.
El gran interés
que suscita deriva de que no existe otra explicación para el mismo que no sea
la de una composición exótica de cuatroquarks.
Las
composiciones usuales son de tres quarks y
forman los bariones (la categoría a la cual pertenecen los protones y los
neutrones), o de un par entre quark y
anti quark, que forma los
mesones (tales como el pión, el mesón pi, previsto teóricamente por el japonés
Hideki Yukawa en 1935, y descubierto experimentalmente por el brasileño César
Lattes en 1947).
Pero
composiciones exóticas, que antes eran tan sólo una posibilidad teórica,
empezaron a surgir en los aceleradores de partículas en el transcurso de la
última década.
“El Z+ (4430)
puede ser tanto una molécula compuesta por dos mesones (cada uno constituido
por un par de quark y
anti quark) como un tetra quark propiamente dicho
(constituido por cuatro quarks sueltos,
confinados en un determinado volumen debido a la interacción fuerte)”, declaró
Marina Nielsen, profesora titular y jefa del Departamento de Física
Experimental del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP),
en Brasil, a Agência FAPESP.
Nielsen coordina
el Proyecto Temático intitulado “Física de Hadrones”,
que cuenta con el apoyo de la FAPESP. “El estudio de esos hadrones exóticos
constituye una de las líneas de investigación de nuestro proyecto, que es a la
que yo me dedico particularmente”, dijo.
La estructura de
otros hadrones exóticos que habían sido descubiertos anteriormente aún se
encuentra sujeta a controversias. Ése es el caso del X (3872), hallado en 2003
en el Instituto KEK, que también parece estar compuesto por cuatro quarks, organizados
en forma de molécula de mesones o de tetra quark.
Con todo, como
es neutro eléctricamente, no puede afirmarse eso taxativamente. Y algunos
científicos sostienen que se trata únicamente de un charmonium, un mesón
compuesto por dos quarks bastante
masivos, el charm, o quark encantado,
y el anti charm.
“Pero el caso
del Z+ (4430) no deja lugar a dudas: tiene carga eléctrica. Para
ello, sumados al charm y
al anti charm, debe contener también un up y un anti down”, explicó
Nielsen.
El Artículo de Referencia
La
interpretación de la naturaleza del X (3872) y de otros hadrones exóticos
hallados posteriormente constituye un desafío para los físicos que estudian la
cromodinámica cuántica (QCD, de Quantum chromodynamics), la teoría de los quarks y sus interacciones.
Nielsen y su
colega Fernando Silveira Navarra, también profesor titular del IF-USP, integran
una red internacional dedicada al tema llamada Quarkonium Working Group (QWG), un grupo de trabajo que
congrega a unos 70 científicos de las principales universidades del mundo.
En 2011, ese
grupo internacional redactó un artículo que salió publicado en European Physical Journal y se convirtió en referencia del área,
con más de 700 citas en artículos especializados: Heavy quarkonium: progress,
puzzles, and opportunities.
Los científicos
de la USP tuvieron una significativa participación en ese trabajo. “Uno de los
métodos empleados para hacer cálculos en el área lo constituyen las llamadas
‘reglas de suma de la cromodinámica cuántica’ (QCDSR, de Quantum Chromodynamics Sum
Rules), con las cuales trabajamos desde hace varios años. Con la
ayuda de este método pudimos avanzar en la comprensión de los estados
exóticos”, dijo Silveira Navarra.
“A algunos de
éstos puede entendérselos mejor como tetra quarks; a otros como mesones de quarks masivos, a ejemplo delcharmonium; y a otros también como una mezcla cuántica
de del charmonium con tetra quarks”, detalló el
investigador.
La expresión
“mezcla cuántica” significa que la función de onda asociada al objeto en
cuestión posee dos componentes, una que describe al charmonium y otra que describe al
tetra quark.
Y que, en una gran cantidad de observaciones, el objeto será observado ora como
una cosa, ora como otra, de acuerdo con una determinada distribución
probabilística.
“La
proliferación de nuevos estados creó una situación de algún modo parecida a la
que existía antes de que Gell-Mann y Zweig propusieran el modelo de quarks: varias
partículas aparentemente sin conexión unas con otras desafiaban a los
científicos a agruparlas de acuerdo con algún criterio. Con relación a esto,
también hicimos nuestro aporte al mostrar que ciertos estados pueden
interpretarse correctamente como excitaciones de otros”, dijo Silveira Navarra.
El escenario,
que ahora se considera sencillo, constituido por bariones (tres quarks) y mesones (quark y
anti quark), a los cuales
los físicos ya estaban habituados, correspondía a los niveles de energía del
mundo cotidiano o a aquéllos alcanzados hasta hace poco en los laboratorios.
Sin embargo, a medida que se construyen nuevos aparatos capaces de alcanzar
estados de energía cada vez más altos, los objetos exóticos tienden a
multiplicarse, con lo cual demandan nuevos esfuerzos de interpretación teórica.
“Estos nuevos
descubrimientos de algún modo le otorgan un nuevo aval a la cromodinámica
cuántica. Sucede que esta teoría establece las configuraciones de quarks que pueden existir y
aquéllas que no pueden. Las más sencillas son la tríada de quarks y o pares dequark y
anti quark”, dijo
Nielsen.
“Pero son
posibles también otras configuraciones más complejas. Y existe también un dicho
famoso en mecánica cuántica: todo lo que no está prohibido debe realizarse. Lo
que estamos logrando ahora, gracias a los nuevos niveles de energía alcanzados
en aceleradores como el LHC, es observar otros estados posibles”, dijo.
Fuente: Sitio web de la Agencia FAPESP
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