El CERN descubre una nueva partícula fundamental: Ξcc++

En la conferencia EPS sobre Física de Altas Energías celebrada en Venecia el pasado 6 de julio, el experimento LHCb del CERN (Gran Colisionador de Hadrones) ha informado sobre la observación de Ξcc++ (Xicc++), una nueva partícula que contiene dos quarks encantados y un quark arriba. Un quark encantado pertenece a la segunda generación de estas partículas elementales; tiene una carga eléctrica igual a +⅔ de la carga elemental, un spin de ½, con lo cual es un fermión y cumple el principio de exclusión de Pauli. Tiene una masa de 1,5 GeV. El quark arriba (o up) pertenece a la primera generación de quarks; tiene una carga eléctrica igual a +⅔ de la carga elemental y un espín de ½, con lo cual es un fermión y cumple el principio de exclusión de Pauli.

La existencia de esta partícula de la familia de los bariones -partículas subatómicas compuestas por tres quarks- ya había sido predicha por las teorías actuales, pero los físicos habían estado buscando estos bariones con dos quarks pesados durante muchos años. La masa de esta nueva partícula identificada es de unos 3621 MeV, casi cuatro veces más pesado que el barión más común, el protón, una propiedad que surge de los dos quarks encantados que contiene. Esta es la primera vez que una partícula similar ha sido detectada sin ambigüedades.

Casi toda la materia que nos rodea está formada por bariones, que son partículas comunes compuestas por tres quarks; las mejor conocidas son los protones y los neutrones. Sin embargo, hay seis tipos de quarks, y en teoría hay muchas potenciales combinaciones que podrían formar otros tipos de bariones. Los bariones observados hasta ahora estaban compuestos de, como mucho, un quark pesado.

«Encontrar un barión con dos quarks pesados es de gran interés, ya que nos facilita una herramienta únicapara probar la cromodinámica cuántica, la teoría que describe la interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales«, asegura Giovanni Passaleva, nuevo portavoz del experimento LHCb. «Estas partículas nos ayudarán a mejorar la capacidad predictiva de nuestras teorías«, confirma.

«A diferencia de otros bariones, en los que los tres quarks realizan una elaborada danza alrededor unos de los otros, un barión con dos quarks pesados actuaría como un sistema planetario, en el que los dos quarks pesados actuarían como estrellas pesadas, orbitándose entre ellas, con el quark más ligero orbitando alrededor de este sistema binario«, afirma Guy Wilkinson, exportavoz del LHCb.

Medir las propiedades de Ξcc++ ayudará a establecer cómo se comporta un sistema con dos quarks pesados y uno ligero. Podrían surgir cuestiones importantes con la medición precisa de la producción y el mecanismo de decaimiento, y la vida media de esta nueva partícula. La desafiante observación de este nuevo barión ha sido posible gracias al alto índice de producción de quarks pesados en el LHC y a las capacidades únicas del experimento LHCb, que puede identificar los productos de decaimiento con excelente eficiencia. El barión Ξcc++ fue identificado a través de su decaimiento en un barión Λc+ y tres mesones ligeros, K-, π+ y π+.

La observación de Ξcc++ aumenta las expectativas de detección de otros bariones con dos quarks pesados. Ahora se buscarán en el LHC.

Este resultado está basado en los datos recogidos a una energía de 13 TeV y confirmados utilizando 8 TeV. La colaboración será pupblicada en la revista Physical Review Letters.

Fuente: CERN.