Desde su creación en 2008, el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) del CERN ha sido un actor clave en la ampliación de los límites de la investigación en física de partículas. El acelerador circular de partículas, que consta de cuatro experimentos principales, está construido para ampliar las fronteras de la física de partículas.
La colaboración CMS, uno de los cuatro experimentos clave del LHC, ha anunciado el posible descubrimiento del hadrón más pequeño nunca antes visto. Conocido como toponio, se trata de una partícula compuesta por pares quark-antiquark del quark top.
Los quarks, un tipo de partícula fundamental, forman los protones y los neutrones, los componentes de los núcleos atómicos. El toponio es un ejemplo de quarkonio, un estado inestable de quark-antiquark formado por pares de quarks pesados, como el quark top.
El toponio es el último quarkonio de los quarks pesados que se ha descubierto. Su detección ha eludido a los científicos, ya que tiene una vida extremadamente corta, lo que ha llevado a los científicos a creer que no era observable en el LHC.
Sin embargo, los hallazgos indican una alta probabilidad de que la partícula descubierta sea el toponio.
Todo comenzó con la búsqueda de nuevos tipos de partículas del bosón de Higgs, que se detectó por primera vez en 2012 en el LHC. El bosón de Higgs es clave para comprender cómo las partículas fundamentales del universo adquieren masa.
Partículas de Higgs adicionales
El Modelo Estándar de la Física de partículas es nuestra mejor comprensión de las partículas y fuerzas fundamentales del universo. Sin embargo, no es una teoría completa, ya que no explica varios fenómenos, como la materia oscura, la energía oscura y la ausencia de gravedad en el modelo.
Una vista de los túneles del LHC. Crédito de imagen: Maximilien Brice (CERN)
Se espera que estas partículas de Higgs adicionales teóricas interactúen más fuertemente con el quark top. Esto ha llevado a los investigadores a buscar teorías adicionales que puedan llenar los vacíos. Algunas de estas teorías adicionales sugieren la existencia de nuevos tipos de partículas del bosón de Higgs, que la colaboración CMS en el LHC ha estado buscando.
Mientras realizaba esta búsqueda, la colaboración CMS detectó más pares quark-antiquark superiores de lo esperado en la energía mínima requerida para su creación. Esto llevó a los investigadores a considerar la posibilidad de que la observación vista pudiera ser una señal del toponio de corta vida.
La colaboración CMS analizó dos años de datos recopilados entre 2016 y 2018 de colisiones protón-protón a energías de 13 Tera electronvoltios, que es la energía estándar de las operaciones en el LHC en la actualidad.
Para comprender la naturaleza de las colisiones, los investigadores examinaron cómo se descomponía la colisión y cómo se dispersaban las partículas en el espacio. Esto proporciona información sobre el estado cuántico de las partículas antes de la colisión.
Además, utilizaron un modelo simplificado de toponio para comparar los resultados experimentales con los del modelo para explicar el exceso y sugerir que la partícula era en realidad toponio.
El hadrón más pequeño
Visualización del exceso de pares de quarks top. Crédito de imagen: CMS collaboration / CERN
Los investigadores estimaron la posibilidad de que se produjera toponio en colisiones de alta energía como las realizadas en el CERN. Descubrieron que las colisiones se producirían 8.8 veces por cada billón de colisiones, también conocido como 8.8 picobarnios.
Este resultado tiene una incertidumbre del 15 %, lo que es lo suficientemente fuerte como para alcanzar el umbral de cinco sigma en física de partículas, el estándar de oro para afirmar una observación real.
Aunque los resultados favorecen la hipótesis de que la partícula observada es efectivamente el toponio, los investigadores son cautelosos a la hora de afirmarlo, ya que también podría tratarse de una partícula de Higgs adicional.
[FT: CERN]
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Por: CodigoOculto.com
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