Científicos del experimento CDF del acelerador de partículas Tevatron, en el Laboratorio Fermi de los Estados Unidos, anunciaron este miércoles el descubrimiento de una nueva partícula, parecida al neutrón pero más pesada. Esta partícula contiene tres quarks: un quark ‘extraño’, un quark up y un quark b. Aunque su existencia fue predicha por el Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones, su observación directa es importante porque fortalece la comprensión de cómo los quarks, los elementos más básicos que se conocen, forman la materia. Esta partícula es la única que quedaba por descubrir dentro de la materia bariónica formada por un quark b. En CDF participan investigadores del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).
Esta nueva partícula, denominada Xi-sub-b neutra, es la última entrada en la tabla periódica de los bariones, partículas formadas por tres quarks, cuyos ejemplos más comunes son el protón (dos quarks up y un quark b) y el neutrón (dos quarks b y un quark up). La Xi-sub-b neutra pertenece a la familia de bariones que contienen un quark b (la segunda partícula más masiva que se conoce), por lo que son cerca de seis veces más pesadas que el protón y el neutrón. Estas partículas se producen únicamente en colisiones de alta energía como las que suceden en aceleradores como el Tevatron (que dejará de funcionar en septiembre) o el LHC, y son muy difíciles de observar.
Una vez producida, esta partícula viaja una fracción de milímetro antes de descomponerse en otras partículas más ligeras, que a su vez ‘decaen’ en partículas aún más ligeras. Los físicos se basan en los detalles de esta serie de desintegraciones para identificar la partícula inicial. El complejo patrón de descomposición de la partícula neutra ahora descubierta ha hecho su observación significativamente más difícil que la de otras con carga eléctrica. De hecho, entre los casi 500 billones de colisiones protón-antiprotón producidos por el Tevatron los científicos de CDF han aislado solo 25 ejemplos en los que las partículas resultantes de una colisión manifiestan la señal distintiva de Xi-sub-b neutra. Este análisis tiene un nivel de confianza de 7 sigma, cuando los científicos consideran 5 sigma el umbral para ser considerado un descubrimiento.
Aunque el colisionador de partículas Tevatron de Fermilab no está dedicado a producir quarks b, sus sofisticados detectores de partículas y miles de millones de colisiones protón-antiprotón lo han convertido en un buen lugar para descubrir y estudiar casi todos los bariones con quarks b conocidos. Los experimentos de Tevatron descubrieron el barión Sigma-sub-b en 2006, observaron el Xi-b-minus en 2007 y encontraron el Omega-sub-b en 2009. El más ligero de los bariones con quarks b, la Lambda-sub-b, fue descubierto en el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN).
La medición de las propiedades de estas partículas permite a los científicos probar y mejorar modelos sobre cómo los quarks interactúan en distancias cortas a través de la fuerza nuclear fuerte (una de las cuatro fuerzas principales de la naturaleza), según lo explicado por la teoría de la cromodinámica cuántica (QCD, por sus siglas en inglés).
La colaboración CDF ha presentado un artículo que resume los detalles de su descubrimiento a la revista Physical Review Letters, que está disponible en el repositorio digital arXiv. CDF es un experimento internacional donde participan unos 500 físicos de 58 instituciones científicas en 15 países. Entre ellos participan investigadores del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-Universidad de Cantabria), del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE, Consorcio Generalitat de Catalunya-Universidad Autónoma de Barcelona) y el Centro de Investigaciones Medioambientales, Energéticas y Tecnológicas (CIEMAT), agrupados en el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), un proyecto Consolider-Ingenio 2010 formado por 26 grupos y más de 400 científicos que promueve la participación española en este tipo de grandes proyectos de investigación internacionales.
En los medios:
"Investigadores del IFCA participan en el descubrimiento de una partícula parecida al neutrón", diario Qué (22/07/2011)
