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Física de Partículas

El LHC descubre el pentaquark

Científicos en el mayor acelerador de partículas del mundo anuncian el hallazgo de una exótica partícula compuesta de cinco quarks cuya existencia fue predicha hace medio siglo

Un operario examina el experimento LHCb
Un operario examina el experimento LHCb

Los científicos del mayor acelerador de partículas del mundo, el LHC de Ginebra, han descubierto una nueva partícula: el pentaquark.

El hallazgo, anunciado hoy por el laboratorio europeo de física de partículas CERN, lo ha hecho el equipo del experimento LHCb y confirma la existencia de una nueva forma de organizar la materia a nivel subatómico. El pentaquark recibe su nombre porque está compuesto de cinco partículas fundamentales.

Toda la materia que conocemos se organiza a nivel subatómico de diferentes maneras. Los protones y los neutrones, por ejemplo, están formados por tres quarks. Otro tipo de ensamblaje lo componen los mesones, formados por pares de quarks hechos de materia y antimateria. Más allá de estas dos categorías, se sabía que la materia podía componer otras variantes más exóticas que, sin embargo, nunca habían sido observadas.

Una posible estructura del pentaquark ampliar foto
Una posible estructura del pentaquark

El experimento LHCb ha permitido ahora encontrar una nueva variante formada de cuatro quarks de materia convencional y un antiquark, hecho de antimateria.

“Vimos un pico en las gráficas muy parecido al que se veía cuando el bosón de Higgs fue descubierto”, explica a Materia Guy Wilkinson, portavoz del experimento, uno de los cuatro grandes del CERN.

Curiosamente los datos aparecieron en la primera ronda de experimentos en el CERN, que terminó hace dos años. No fue hasta hace tres o cuatro meses que los científicos se toparon con esos datos. Hasta hace muy poco se estuvo comprobando que lo que veían no podía deberse a otra cosa sino a la existencia de una nueva partícula, explica Wilkinson. Ahora, el nivel de confianza está alrededor de nueve sigma, muy por encima de los cinco que se necesitan en física para reclamar un descubrimiento, resalta. Los detalles del hallazgo, anunciado hoy, están disponibles en arxiv.org y se han enviado a la revista Physical Review Letters.

Dentro del estándar

Vimos un pico en las gráficas muy parecido al que se veía cuando el bosón de Higgs fue descubierto

El primero en proponer la existencia de mesones y bariones hacia más de medio siglo fue Murray Gell-Mann en 1964, lo que le valió el Nobel de Física en 1969. Su modelo también predecía la existencia de partículas compuestas más exóticas como la recién descubierta. Esta nueva partícula “nos puede permitir entender de qué está compuesta la materia ordinaria, los protones y neutrones de los que estamos hechos”, dice Wilkinson.Probablemente, añade, no haya solo un tipo de pentaquark sino varios, y ahora toca buscarlos durante la presente ronda de experimentos en el LHC.

El objetivo más preciado del LHC, que ha empezado a funcionar al doble de potencia, es encontrar física más allá del llamado modelo estándar, que describe las leyes físicas que gobiernan la materia conocida. El nuevo hallazgo no llega a tanto, aunque es de gran importancia. "El modelo de quarks, propuesto hace más de 50 años no excluye la posibilidad de que existan partículas formadas por más de tres quarks, pero estos llamados hadrones exóticos solo empezaron a dar muestras de su existencia hace pocos años", ha explicado Juan Saborido, responsable del grupo de la Universidad de Santiago de Compostela participante en LHCb, en una nota de prensa del CPAN. Para el investigador español, el descubrimiento de estas nuevas partículas formadas por cinco quarks, "no implica física más allá del Modelo Estándar, pero es un hallazgo muy importante para el entendimiento de la estructura de los hadrones".

El pentaquark ha sido descubierto observando los productos de colisiones entre bariones y estudiando las partículas resultantes. Así han desvelado la existencia de dos estados intermedios de la materia cantidad de datos acumulada por el LHV indican la existencia de la nueva partícula.

“Hemos aprovechado la gran cantidad de datos acumulada por el LHC y la excelente precisión de nuestro detector para comprobar a qué se deben esas señales”, ha explicado Tomasz Skwarnicki , científico del LHCb, en una nota de prensa del CERN. “Nuestra conclusión es que solo pueden explicarse por la existencia de pentaquarks”, añade.

Ahora el gran misterio es cómo se sostienen los pentaquarks. Una posibilidad es que sus cinco componentes estén bien unidos. La otra es que sean el producto de la unión entre una barión y un mesón.

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