La colaboración LHCb, tras analizar 3 /fb de colisiones en el LHC del CERN, ha descubierto dos nuevas partículas predichas por la teoría, los bariones Ξb‘– y Ξb*–, formados por tres quarks de valencia bsd (bottom b, strange s y down d). Se trata de dos nuevos estados de los bariones Ξb; el barión Ξb‘– tiene los dos quarks de menor masa con sus espines apuntando en direcciones opuestas y el barión Ξb*– los tiene apuntando en la misma dirección; también existe un barión neutro Ξb*0 que fue observado por primera vez en 2012 en CMS.
El artículo técnico es LHCb Collaboration, “Observation of two new Ξ−b baryon resonances,” CERN-PH-EP-2014-279, LHCb-PAPER-2014-061, arXiv:1411.4849 [hep-ex]. Más información divulgativa en “19 November 2014: First observation of two new baryonic strange beauty particles,” LHCb News, 19 Nov 2014; “LHCb experiment observes two new baryon particles never seen before,” CERN press office, 19 Nov 2014.
En español recomiendo “Los científicos del CERN observan dos nuevas partículas bariónicas,” Agencia SINC, 19 Nov 2014.
Las nuevas partículas decaen (o se desintegran) en el barión Ξb0 y en el mesón π–, por ello la figura muestra la distribución de la diferencia de masa δm de las nuevas partículas respecto a la masa del barión m(Ξb0) = 5791,80 ± 0,50 MeV/c².
Las masas de las nuevas partículas son m(Ξb‘–) = 5935,02 ± 0,02 ± 0,01 ± 0,50 MeV/c², y m(Ξb*–) = 5955,33 ± 0,12 ± 0,06 ± 0,50 MeV/c², donde los tres errores son estadístico, sistemático y el debido a la masa del barión Ξb0. Por cierto, la letra griega Ξ se deletrea Xi.
¿Por qué es importante seguir descubriendo nuevas partículas compuestas de quarks? Conforme la masa de los hadrones crece las predicciones de la QCD (cromodinámica cuántica) no perturbativa son más fiables.
Por ello los nuevos bariones permiten estudiar la validez de la QCD desde un punto de vista fenomenológico (nadie duda de su validez desde un punto de vista teórico).
El futuro de la física de partículas es descubrir pequeñas desviaciones que nos anticipen nueva física (supersimetría, por ejemplo).
¿Perdido pero interesado? Los quarks forman hadrones, que pueden ser bariones o mesones. Los bariones son partículas formadas por tres quarks de valencia rodeados de un océano de pares quark-antiquark y gluones virtuales. Los mesones están formados por un quark y un antiquark de valencia rodeados de un océano de pares quark-antiquark y gluones virtuales.
Salvo el quark top (cuya vida media es demasiado corta para hadronizarse), todos los quarks pueden formar parte de los hadrones. LHCb es el detector de partículas del LHC especializado en los hadrones formados por quarks b (bottom o beauty) de valencia.
Como la masa del quark b es mucho mayor que la de los demás quarks, los bariones belloscon un único quark b tienen una masa muy próxima entre sí.
Por ello son muy difíciles de observar (o mejor, de discernir), salvo usando mucha luminosidad integrada (muchas colisiones). LHCb es el experimento ideal para descubrirlos (aunque CMS y ATLAS le siguen de cerca).
Por ello esta noticia es un nuevo gran éxito de LHCb, aunque se limite a corroborar la validez del modelo estándar.
Los estudios de precisión en el modelo estándar tienen una importancia capital. Quizás haya quien piense que se trata de resultados aburridos.
Pero la nueva física más allá del modelo estándar se puede ocultar en pequeñas desviaciones en la física de estas partículas.
Nuevas partículas con una masa por encima de la capacidad del LHC para observarlas pueden dejar una pequeña señal (en forma de pequeña desviación) en la física de las partículas de menor masa. Dichas señales están siendo buscadas con ahínco.
Descubrir nuevos mesones o nuevos bariones permite explorar la física de precisión del modelo estándar desde nuevos puntos de vista y permiten que la región de exclusión de nueva física crezca.
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