El tetraquark más bello

El tetraquark de mayor masa está formado por cuatro quarks bottom (o beauty). El quark bottom es el quark de mayor masa que puede formar hadrones, ya que la vida media del quark top es demasiado corta. El tetraquark bb̅bb̅ se desintegra en una pareja de los mesones más bellos, los úpsilon Υ (bb̅). La masa del estado fundamental de este tetraquark se estima en 18,69 ± 0,03 GeV, un valor similar (aunque un poco menor) que la suma de las masas de cuatro quarks bottom (su masa 1S es 4,66 ± 0,04 GeV según el PDG 2016).

Calcular la masa de un tetraquark tipo quarkonio (hadrón formado por quarks del mismo sabor) no es fácil; se usan métodos de Montecarlo y aproximaciones efectivas no relativistas. Este año se han publicado varias estimaciones. Por fortuna sus valores son compatibles entre sí. Más aún, el resultado es menor que el doble de la masa del mesón Υ(1S), que es 9,46030±0,00026 (PDG 2016), es decir, 18,92 GeV. La búsqueda de este tetraquark en el LHC se basa en su desintegración en cuatro leptones con energía total entre 18 y 19 GeV. Este proceso ocurre vía dos mesones úpsilon, Υ(1S)Υ(1S)∗ → ℓ+ℓ–ℓ+ℓ–, siendo la señal más clara la desintegración en cuatro muones.

Una de las sorpresas más agradables del año 2017 sería la observación del tetraquark más bello usando colisiones del LHC Run 2 obtenidas en 2016. El artículo con la estimación de masa es Yang Bai, Sida Lu, James Osborne, “Beauty-full Tetraquarks,” arXiv:1612.00012 [hep-ph]; cálculos similares en Wei Chen, Hua-Xing Chen, …, Shi-Lin Zhu, “Hunting for exotic doubly hidden-charm/bottom tetraquark states,” arXiv:1605.01647 [hep-ph], y Marek Karliner, Jonathan L. Rosner, Shmuel Nussinov, “Production and Decay of (Q Q Qbar Qbar) States,” arXiv:1611.00348 [hep-ph].