A finales de junio, la colaboración del experimento LHCb informó de la observación de tres nuevas partículas ‘exóticas’ y confirmó la existencia de una cuarta. Estas partículas parecen formadas por cuatro quarks, los constituyentes fundamentales de la materia, en concreto por dos quarks y dos antiquarks. Como esta configuración no es habitual, las nuevas partículas observadas se incluyen en las llamadas partículas exóticas, aunque su interpretación teórica está todavía en estudio.
El modelo de quarks, propuesto en 1964 por Murray Gell-Mann y George Zweig, es la clasificación más válida encontrada por el momento del esquema de los hadrones (partículas compuestas), y forma parte del Modelo Estándar de física de partículas. En este modelo, los hadrones se clasifican por los quarks que los componen. Sin embargo, era un misterio que todos los hadrones observados estuviesen formados solo por un par quark-antiquark (en el caso de los mesones) o por tres quarks (bariones).
En la última década, varias colaboraciones científicas han encontrado evidencias de la existencia de partículas formadas por más de tres quarks. Por ejemplo, en 2009 la colaboración del experimento CDF (Tevatrón, Fermilab) halló una de estas partículas, llamada X(4140), donde el número entre paréntesis es su masa reconstruida en megaelectronvoltios. Este resultado fue confirmado después por nuevos análisis de CDF y por los experimentos CMS y D0.
Sin embargo, hasta ahora los números cuánticos de X(4140), que identifican una partícula específica, no habían sido determinados completamente, lo que exponía las interpretaciones teóricas a la incertidumbre. El experimento LHCb podría determinar los números cuánticos de X(4140) con gran precisión. Este resultado tiene un gran impacto en las posibles interpretaciones teóricas, y excluye algunas de las teorías propuestas anteriormente sobre la naturaleza de esta partícula.
Para Eugeni Grauges, investigador del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y miembro de la colaboración LHCb, hay modelos que predicen posibles ‘estados ligados’ de 4 quarks, mientras que otros interpretan estos estados ligados como agregaciones de 2 quarks, por un lado, y dos quarks por otro (como si fueran dos mesones ligados). Los resultados de LHCb muestran que existen estados ligados que se desintegran a partículas formadas por 4 quarks.
Al mismo tiempo que detectó la partícula X(4140), el experimento LHCb anunció la observación de tres nuevas partículas exóticas con masas mayores, llamadas X(4274), X(4500) y X(4700), por primera vez. Aunque las cuatro partículas tienen la misma composición de quarks, cada una tiene una estructura interna única, una masa propia y su conjunto de números cuánticos.
Estos resultados se basan en un análisis detallado de la desintegración de los mesones B+. Para conseguir este resultado, los físicos de LHCb usaron el conjunto completo de datos obtenido durante el primer ciclo de funcionamiento del LHC, de 2010 a 2012. Los resultados se suman al descubrimiento de los dos primeros pentaquarks (partículas formadas por 5 quarks) por el LHCb el año pasado.
