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Una nueva partícula subatómica permitirá conocer mejor la interacción nuclear fuerte

Ha sido descubierta en el detector LHCb del CERN


Científicos británicos han descubierto una nueva partícula subatómica, llamada DS3 * (2860) ˉ, cuyas especiales características permitirán conocer más a fondo la interacción nuclear fuerte, es decir, la que mantiene unidos a los quarks en partículas como los protones. La partícula aparece en los datos recogidos por el detector LHCb del CERN (Ginebra, Suiza).





El detector LHCb, del CERN. Fuente:  Science and Technology Facilities Council.
El detector LHCb, del CERN. Fuente: Science and Technology Facilities Council.
El descubrimiento de una nueva partícula, DS3 * (2860) ˉ, "transformará nuestra comprensión" de la fuerza fundamental de la naturaleza que une los núcleos de los átomos, la interacción fuerte, según los científicos. La investigación ha sido dirigida por científicos de la Universidad de Warwick (Inglaterra).

La partícula, un nuevo tipo de mesón, fue descubierto por el análisis de los datos recogidos con el detector LHCb del Gran Colisionador de Hadrones del CERN (LHC, Ginebra, Suiza). El experimento LHCb, que está dirigido por una gran colaboración internacional, está diseñado para estudiar las propiedades de las partículas que contienen los quarks belleza y encanto y tiene una capacidad única para este tipo de descubrimientos.

DS3 * (2860) ˉ es un mesón que contiene un anti-quark encanto y un quark extraño. El subíndice 3 denota que tiene espín 3, mientras que el número 2.860 entre paréntesis es la masa de la partícula en las unidades de MeV/c2 (megaelectronvoltios/velocidad de la luz al cuadrado), que son las preferidas de los físicos de partículas. Equivale a aproximadamente 3 veces la masa del protón.

La nueva partícula se mantiene unida de forma similar a los protones. Debido a esta similitud, los investigadores de Warwick argumentan que los científicos podrán estudiar la partícula para comprender mejor las interacciones fuertes.

Junto con la gravedad, la interacción electromagnética y la fuerza nuclear débil, la interacción fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales. El científico Tim Gershon, del Departamento de Física de Warwick, explica en la nota de prensa de la universidad: "La gravedad describe el universo a gran escala, desde las galaxias hasta la caída de la manzana de Newton, mientras que la interacción electromagnética es responsable de que las moléculas se unan entre sí y también de que los electrones estén en órbita alrededor del núcleo de un átomo".

"La interacción fuerte es la fuerza que une a los quarks, las partículas subatómicas que forman los protones dentro de los átomos. Es tan fuerte que la energía de enlace da una contribución mucho mayor a la masa, a través de la ecuación de Einstein E = mc2 (energía=masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado), que los propios quarks.

Los quarks se unen mediante la interacción fuerte en dos tipos de partículas: los bariones, como el protón, están compuestas de tres quarks; los mesones, como la partícula recién descubierta, están formados por un quark y un anti-quark, donde un anti-quark es la versión de antimateria de un quark.

Ecuaciones

Debido en parte a su relativa simplicidad, los científicos fueron capaces de resolver las ecuaciones de la fuerza gravitatoria y las interacciones electromagnéticas, pero la fuerza de la interacción fuerte hace que sea imposible resolver las ecuaciones de la misma manera.

"Los cálculos de las interacciones fuertes se hacen con una técnica intensiva en computación", explica el profesor Gershon. "Con el fin de validar estos cálculos es esencial poder comparar las predicciones con experimentos. La nueva partícula es ideal para este propósito, ya que es la primero conocida que contenga un quark encanto y al mismo tiempo tenga espín 3."

Hay seis quarks conocidos por los físicos: arriba, abajo, extraño, encanto, belleza y top. Los protones y los neutrones están compuestos de quarks arriba y abajo, pero las partículas producidas en aceleradores como el LHC pueden contener los quarks más pesados ​​e inestables. Además, algunas de estas partículas tienen valores de spin más altos que las partículas estables de origen natural.

"Debido a que la partícula DS3 * (2860) ˉ contiene un quark encanto, pesado, es más fácil para los teóricos calcular sus propiedades. Y al tener spin 3, no hay ninguna ambigüedad acerca de lo que es la partícula", añade Gershon. "Por lo tanto, proporciona un punto de referencia para futuros cálculos teóricos. Las mejoras en estos cálculos transformarán nuestra comprensión de cómo están unidos los núcleos".

El spin es una de las etiquetas utilizadas por los físicos para distinguir entre partículas. Es un concepto que surge en la mecánica cuántica, y puede considerarse como algo similar al momento angular : En este sentido, un spin más elevado corresponde a quarks orbitando entre sí más rápido que aquellos con un spin inferior.

El estudiante de doctorado Daniel Craik, que trabajó en el estudio, añade: "Tal vez la parte más emocionante de este nuevo resultado es que podría ser el primero de muchos descubrimientos similares con datos del LHC. Si podremos usar esta misma técnica, tal como la hemos empleado con DS3 * (2860) ˉ, para mejorar también nuestra comprensión de la interacción débil, es una cuestión fundamental planteada por este descubrimiento. Si es así, esto podría ayudar a responder a uno de los mayores misterios de la física: ¿Por qué hay más materia que antimateria en el Universo?"

Los resultados se detallan en dos artículos que serán publicados en las próximas ediciones de las revistas Physical Review Letters y Physical Review D. Ambos documentos han sido seleccionados a sugerencias de los editores.

Referencias bibliográficas:

The LHCb collaboration: Observation of overlapping spin-1 and spin-3 D0K- resonances at mass 2.86 GeV/c2. Physical Review Letters (2014)

The LHCb collaboration: Dalitz plot analysis of Bs0→D0K-π+ decays. Physical Review D (2014).


Viernes, 10 de Octubre 2014
Universidad de Warwick/T21
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