Investigadores del Gran Colisionador de Hadrones del CERN en Suiza detectaron recientemente una partícula cada vez más rara que creen que existió al comienzo del universo. La partícula, llamada partícula X por ahora, porque nadie sabe exactamente qué es, se produjo al colisionar miles de millones de iones pesados dentro del famoso acelerador de partículas.
El equipo de CMS Collaboration, que recopila datos del Compact Muon Solenoid del LHC, estrelló pesados átomos de plomo a temperaturas de alrededor de 5,5 billones de grados Celsius (9,9 billones de grados Fahrenheit). Los resultados del equipo son publicado en Cartas de Revisión Física.
Los físicos teorizan que, en los primeros momentos del universo después del Big Bang, la materia era un plasma hecho de quarks subatómicos y gluones amontonados en una sopa sobrecalentada. (Solo cuando el plasma se enfrió varios microsegundos después del Big Bang, los protones y neutrones familiares tomaron forma, allanando el camino para formas de materia mucho más masivas). Pero antes de que el material se enfriara, algunos de esos quarks y gluones chocaron, formando partículas más enigmáticas, que los físicos llaman partículas X.
Las partículas X son raras hoy porque el universo ya no es tan denso ni tan caliente, pero como Krishna Rajagopal, un físico de partículas del MIT que no está afiliado a la investigación reciente, dijo en 2010: “Si estás interesado en las propiedades del universo de microsegundos de antigüedad, la mejor manera de estudiarlo no es construyendo un telescopio, es construyendo un acelerador”.
El equipo pudo identificar 100 partículas X de una masa específica, llamada X(3872), que sobrevivieron durante aproximadamente una sextillonésima de segundo antes de descomponerse. X(3872) fue encontrado por primera vez en 2003 por el bella colaboración a través de la búsqueda de golpes, que es cuando los investigadores identifican una cantidad inesperada de masa o energía en su sistema.
“El X(3872) es un animal extraño”, dijo Patrick Koppenburg, físico del Instituto Nacional Holandés de Física Subatómica y miembro del equipo LHCb del CERN, en un correo electrónico a Gizmodo. “Estaba en Belle cuando se descubrió, y recuerdo que nos quedamos mirando el pequeño bulto sin entender lo que estaba pasando”.
El año pasado, el equipo de Koppenberg en LHCb descubrió una nueva especie de tetraquark. Al igual que X(3872), ese tetraquark tuvo una vida fugaz, probablemente de poco más de una trillonésima de segundo. Aunque otras partículas exóticas aparecen y desaparecen en el LHC, X(3872) es la primera partícula X detectada en el plasma de quarks-gluones generado allí.
El equipo detrás del nuevo estudio pudo imitar las condiciones del universo primitivo al acelerar 13 mil millones de iones. Cuando las partículas chocaron, produjeron miles de partículas cargadas de corta duración. Yen-Jie Lee, un Un físico del MIT y coautor de la nueva investigación le dijo a Gizmodo que es posible que haya otras partículas X en los datos recientes, pero los investigadores no tenían una buena forma de distinguirlas del ruido de fondo.
“El primer ion pesado en la ‘Ejecución 3’ comenzará a fines de este año, y esperamos acumular más datos con las ejecuciones de colisión plomo-plomo en la Ejecución 3 y la Ejecución 4”, escribió Lee en un correo electrónico. “Con un conjunto de datos mucho más grande, podremos precisar el tamaño de la mejora de la producción de X en la sopa de quarks y obtener más información sobre su estructura interna”.
La identidad de X(3872) aún es incierta. El equipo cree que la partícula podría ser un tipo de molécula mesónica débilmente unida (dos partículas subatómicas llamadas mesones unidos a través de la fuerza fuerte) o un tetraquark, un tipo de hadrón compuesto por cuatro quarks agrupados. “Hasta ahora, las moléculas mesónicas aún no se han observado definitivamente, y X (3872) es bueno”, dijo Jing Wang, físico del MIT que dirigió el análisis de los nuevos datos., en un correo electrónico a Gizmodo. “Si X(3872) resulta ser una molécula mesónica, mostramos que en el universo primitivo debe haber diferentes tipos de moléculas mesónicas además de los hadrones ordinarios”.
“Cuanto más observo los datos, más me convenzo de que la X es una superposición de una molécula y un estado de charmonium”, dijo Koppenberg. Describiendo la idea de superposición adicional, señaló: “Nuestro cerebro no logra representar estas cosas. … No existe tal cosa como uno u otro en la mecánica cuántica. Si no puedes diferenciar dos cosas, entonces la verdad debe ser ambas simultáneamente”.
Quizás las próximas ejecuciones del LHC finalmente resuelvan la identidad de X(3872). Por supuesto, entonces sería tendrá un nombre real y ya no se considerará una partícula X.
Más: Los físicos del CERN han descubierto un lote de nuevas partículas exóticas
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