¡Tetraquark para Muster Mark!

Nora Prieto
Nora Prieto

El grial sagrado de cada experimento físico de partículas es el descubrimiento de una nueva partícula. Encontrar un nuevo elemento de materia puede otorgarle la gloria eterna en la historia de la física. Desafortunadamente, desde que se descubrió la última pieza faltante del Modelo Estándar, el bosón de Higgs, en 2012, y aún sin evidencia de la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura, no hay muchas esperanzas de encontrar un nuevo edificio fundamental de importancia. tiempo pronto.

Afortunadamente, esto no se aplica a las partículas compuestas, especialmente el extraño mundo de los quarks todavía ofrece cierto potencial para nuevos descubrimientos. El más nuevo de ellos fue la observación de un nuevo tetraquark mediante el experimento LHCb. Pero, ¿qué diablos es el quark de todos modos y por qué lleva el nombre de un producto lácteo alemán?

El protón no es solo un punto

Hasta la década de 1950, se creía que las partículas subatómicas como el neutrón y el protón eran partículas punteadas elementales sin estructura interna. En la década siguiente, el progreso realizado mediante la aceleración de los experimentos llevó al descubrimiento de todo un zoológico de nuevos elementos. Esta repentina “explosión de partículas” enfureció a los físicos que creían en la belleza de la simplicidad. Wolfgang Pauli exclamó que si hubiera previsto esto, se convertiría en botánico. El físico estadounidense Willis Lamb ha sugerido que el descubrimiento de una nueva partícula ahora debería ser castigado con una multa de 10.000 dólares en lugar de un premio Nobel.

En 1964, Murray Gell-Mann y George Zweig idearon independientemente un modelo que proponía que estas nuevas partículas no son elementales, sino que están compuestas por una combinación de nuevas partículas fundamentales llamadas quarks. El nombre fue acuñado por Gell-Mann, quien lo pronunció “kwork” y luego adoptó la ortografía de la siguiente línea críptica en el libro de James Joyce. Finnegans Wake.

¡Tres quarks para Muster Mark!

Ciertamente no se pela mucho

Y ciertamente cualquiera que tenga está completamente fuera de lugar.

Si bien Gell-Mann interpretó la línea como una llamada a tomar una copa (“Tres cuartos para un caballero …”), no está claro lo que realmente quiso decir James Joyce. Algunos piensan que representa el grito de la gaviota, mientras que otros lo atribuyen a la palabra alemana para una especie de requesón.

La prueba definitiva de la existencia de quarks llegó en 1968 cuando experimentos en el Acelerador Lineal de Stanford demostraron que el protón no es una partícula puntual, sino que contiene algún tipo de estructura interna. Sin embargo, las personas solo reconocieron más tarde que lo que estaban observando eran en realidad quarks.

Cuarteto Rara vez solo

Crédito: MissMJ, Cush

Hay seis tipos diferentes de quarks (arriba, abajo, arriba, abajo, raro, encantador) que tienen diferentes masas y cargas. Para cada quark también hay una contrapartícula con la misma masa pero carga opuesta. El protón, por ejemplo, consta de dos quarks arriba (u) con una carga +2/3 y un quark abajo (d) con una carga -1/3, mientras que un neutrón consta de dos quarks abajo y un quark arriba.

Al igual que la fuerza eléctrica que actúa sobre las partículas cargadas, cada quark contiene una carga de color azul, verde o rojo, lo que lo hace sensible a la fuerza fuerte. En la naturaleza, solo se pueden observar partículas de color neutro que consisten en tres quarks con diferentes colores (llamados bariones) o pares quark-antiquark (llamados mesones).

El hecho de que no se puedan producir quarks aislados se conoce como confinamiento. Puede entenderse como una característica de la fuerza fuerte que se comporta de manera similar a una banda de goma. Al intentar separar dos quarks, se vuelve cada vez más difícil a medida que aumenta la distancia, por lo que a veces es más enérgico favorecer la creación de otro par quark-antiquark.

Tetraquarks y Pentaquarks

Espectro de masas invariante de pares J / ψ medido por LHCb. El pico estrecho ligeramente por debajo de 7000 MeV corresponde al tetrakvark recién descubierto.
Crédito: Colaboración LHCb

Los bariones y los mesones no son las únicas opciones para combinar quarks de forma neutra en cuanto al color. El tetraquark también es factible, ya que es una combinación de cuatro quarks qqqq, donde qyq se relacionan respectivamente con el quark y el antiquark. Pentaquark qqqqq incluso puede existir.

Para buscar penitentes y tetracares, se trituran electrones o protones en un acelerador y se analizan las partículas producidas en las colisiones. Debido a que estas partículas exóticas tienen una vida útil extremadamente corta, no se pueden observar directamente en un detector. En cambio, el número de eventos registrados se grafica contra la llamada masa invariante, calculada de acuerdo con la energía y el momento de los productos finales de desintegración. En este gráfico, una partícula intermedia de vida corta aparece como un pico resonante estrecho. La posición de la punta es igual a la masa de la partícula, mientras que el ancho es inversamente proporcional a su vida útil.

La primera indicación de la existencia de un tetrakvark vino en 2003 del experimento BELLE en Japón. En el mismo año, otro experimento japonés llamado SLEP pudo haber visto un pentark. Mientras tanto, se han descubierto inequívocamente varios penta y tetraquarks. A la vanguardia de estos descubrimientos estaba el experimento LHCb, que confirmó la existencia de un tetraquark en 2014 y un año después también descubrió un pentaquark. El tetrakvark descubierto recientemente por LHCb es especial porque consta de dos encantadores quarks y dos encantadores antiquarks cccc. Todos los demás quarks tetrak observados hasta ahora tienen un máximo de dos quarks pesados ​​y ninguno de ellos consta de más de dos quarks samaritanos.

¿Por qué nos importa?

Quizás se pregunte por qué la gente intenta cazar estos artículos exóticos. Como ocurre con la mayoría de los experimentos físicos de partículas, es una mejor comprensión de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, en este caso la fuerza fuerte descrita por la cromodinámica cuántica (QCD). Calcular las propiedades de los quarks ligados es bastante complicado, por lo que la medición de estas partículas exóticas ayuda a probar diferentes modelos teóricos. Por ejemplo, no está claro si todos los quarks en tetra y pentaquark están estrechamente unidos entre sí o si forman una combinación de bariones y mesones, similar a una molécula, débilmente unida. Descubrir más de estos elementos y medir sus propiedades podría ayudar a resolver esta pregunta.

  • John Spencer dice:

    Gracias por este bonito artículo, que, si releerlo y releerlo un par de veces, podría actualizar y mejorar mi (muy) limitado conocimiento de la física de partículas moderna, la universidad fue hace mucho tiempo, pero el curso de física mencionó quarks, pero para nosotros, los ingenieros no teníamos que entender nada sobre ellos.
    Por otro lado, una multa de $ 10,000 por los artículos de La-Tecnologia sobre quarks de colores me ahorraría mucho trabajo :).

    • Ostraco dice:

      Quizás tengas que descubrir FTL algún día.

  • Un hombre viejo dice:

    “Aún sin evidencia de la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura”
    “Aún sin pruebas de la existencia de materia oscura y energía oscura”
    Cincuenta

    • D dice:

      La alternativa es aún peor.
      Imagínese señalar diferentes lugares y preguntar qué es igual a 1 + 1 en esos lugares. Es 2, excepto en algunos lugares donde no lo es.

      Tu explicación se reduce a “¡por supuesto que sí!” sin mayores detalles. Debe ser lo suficientemente inteligente como para afirmar que tal falta de explicación no se tomará en serio.
      La pregunta no es “¿hay 1 + 1 = 3 ahí?”, Porque eso es un hecho comprobado. La pregunta es “¿por qué?”

      Si no tiene respuesta, está bien. Pero dejar a los humanos en realidad nos deja para predecir correctamente dónde 1 + 1 = 2 y 1 + 1 = 3 hace mucho más para tratar de encontrar una respuesta al “por qué” de lo que está tratando de convencer a alguien de que nuestras observaciones no están siendo observadas.

      • Un hombre viejo dice:

        Si te diriges a mí, no di ninguna “explicación”, solo mostraba una falta de existencia. Agregue a eso la falta de prueba de la existencia de una explicación propuesta por mí.

        ¡Falta!

    • huele a bicicletas dice:

      Hay algo de masa allí, que mantiene separadas a las galaxias.
      Si tiene una explicación más simple que la materia oscura y pruebas experimentales que la respalden, hay un premio noble esperándolo.

      • Un hombre viejo dice:

        Estás por delante de ti mismo. Las observaciones no están de acuerdo con lo que predice la teoría. Eso es todo. Indicar el sangrado obvio difícilmente merece un premio Nobel. Decir “debe haber materia oscura y energía oscura” es un puente demasiado lejano. La carga de proporcionar evidencia experimental no me pertenece, pero pertenece a aquellos que afirman la existencia de materia oscura y energía oscura. Gratis y de nada.

        ¡Oye, lo sé! ¡Es el éter brillante! Problema resuelto.

        • blanco dice:

          Viejo, tienes que afeitarte todos los días con una navaja Occam.

          Me gusta.

      • Ostraco dice:

        Pegado con Space Glue ™ Bastante bueno para galaxias y astronautas que simplemente no pueden mantenerse unidos.

    • Sr. Nada dice:

      Creo que leí algo sobre un candidato teórico sobre algo oscuro. palabra clave teórica. por eso construimos colisiones.

    • Palmadita dice:

      Decir “no hay prueba de la existencia de materia oscura” es como decir “no hay prueba de la existencia de materia”. Pero, ¿qué importa? Consta de átomos, que consta de leptones / bariones, que consta de supercuerdas. ¡Espera, no hay pruebas de supercopios! Así que no hay prueba de emisión. No sabemos qué es la materia oscura *, pero ciertamente * existe *.

      La idea de la materia oscura se remonta a finales del siglo XIX, cuando la gente observaba la rápida expansión de las estrellas. Se dieron cuenta de que debe haber más “cosas” que causan la gravedad de las que se pueden ver, y llamaron a las “cosas invisibles” materia oscura. No tenía que haber problemas con el modelo no estándar. Simplemente no visible.

      Esa misma cantidad de cosas explican las rotaciones galácticas y las velocidades curvas. Y a principios de la década de 2000, estudios precisos de CMB mostraron que * incluso antes de que se formaran las estrellas, y cuando el universo era muy pequeño * todavía había demasiadas “cosas” que causaban que el universo se acumulara y no brillara.

      Incluso si intentas modificar la gravedad para explicar todo esto, terminarás con algo que todavía se representa como materia oscura, solo que con diferentes cinemáticas. No hay evidencia de una explicación de * partícula * de la materia oscura, pero hay mucha evidencia de “cosas que causan gravedad adicional y no brillan”.

      • Un hombre viejo dice:

        Oh hombre. Un argumento tan estúpido y estúpido. La percepción directa nos dice que la materia existe. Como reconoce, no hay pruebas de que existan supercuerdas, pero afirma absurdamente que la materia consta de supercuerdas. Luego reprendes aún más lo que consideras un argumento a favor de Dark Matter, pero al final del día, Señor, suenas como un idiota que no sabe razonar, pero ama ama, argumenta con una afirmación. “No sabemos qué es la materia oscura”, pero ciertamente “existe”. “Agrega Papá Noel y el Conejo de Pascua mientras estás en eso.

        Las observaciones no concuerdan con la teoría. Eso es todo lo que sabemos.

        • Palmadita dice:

          Sí, y su afirmación de que no hay “pruebas” de materia oscura es una afirmación igualmente absurda. Es un nombre para una colección de observaciones. No es una “cosa”.

          “La percepción directa nos dice que la materia existe”.

          ¡No no! Solo tengo observaciones que no están de acuerdo con mi teoría de que no hay una pantalla frente a mí.

          ¿Sabes cuál es la definición real de materia en física? Algo que toma volumen y tiene masa cero. Aquí lo tienes. Eso importa. No moléculas. No átomos. No protones ni electrones. Algo que ocupa espacio y tiene mucho. Aquí lo tienes. Entonces, técnicamente, si quieres ser pedante, si alguien dice que “la materia se compone de partículas”, puedes venir y decir “¡no hay pruebas de eso! ¡La materia es simplemente algo que ocupa espacio y tiene mucho!”

          Asimismo, la “materia oscura” es una sustancia que crea gravedad y no interactúa fuertemente con la luz, y existe con alrededor del 20-25% de la energía crítica del universo, dominando la cinemática de galaxias y cúmulos galácticos. Aquí lo tienes. Aquí está tu definición.

          ¿Ahora adivina qué? La percepción directa nos dice que la materia oscura existe porque podemos observar el movimiento de las galaxias y ver que su movimiento está controlado por algo que no interactúa fuertemente con la luz. Incluso podemos * visualizar * la materia oscura mediante lentes, como se ve en el Bullet Cluster.

          Materia es el nombre que le damos a las “cosas” que observamos mientras ocupamos espacio. La materia oscura es el nombre que le damos a las “cosas” que observamos controlando los movimientos de estrellas / galaxias / cúmulos.

          Permíteme ser más claro para que entiendas: incluso si trataste de explicar las observaciones de que la gravedad de la materia oscura debe explicarse con un tornillo y una modificación de la gravedad, o la relatividad general, * simplemente terminas con un nuevo campo / parámetro / una sustancia que puede llamar materia oscura. *

          Literalmente, la única forma de evitar esto es si las matemáticas actuales detrás de los modelos galácticos, modelos galácticos, dispersión rápida, lentes * y armonías * CMB son * todas * simplemente engañadas, porque * todas * están relativamente bien explicadas por la misma cantidad de gravedad de la materia oscura.

          De lo contrario, necesitas un nuevo físico. No importa cuál sea esa nueva física. Sea lo que sea esa nueva física, es materia oscura.

  • rclark dice:

    Hubo un artículo de ciencia ficción cuando se trataba de quarks y una relación análoga con el cubo de Rubik en la década de 1980. La física de partículas siempre ha resultado fascinante. Quién sabe, tal vez ayude a crear material de tiempo de cámara superconductor o algo …

    ¡Piense en una breve actualización sobre el tema!

    • arquitectura dice:

      Sí, y una urdimbre práctica. Y probablemente también una bomba terrible o algún tipo de dispositivo destructivo … Esperemos superar eso cuando descubramos todo.

  • Ulo dice:

    > ¿Por qué lleva el nombre de un producto lácteo alemán?

    El producto lácteo lleva el nombre del envase, que proviene de la empresa sueca Tetra Pak. Todos estos se llamaban “tetra” y venían con diferentes bebidas en varios países. En Alemania e Italia tenías urogallo, en otros países tenías urogallo de zumo de naranja … etc.

    https://i.pinimg.com/originals/9c/d1/7d/9cd17d73ef3110170fded5c5b8175bb9.jpg

    El caso es que la caja de cartón está hecha de tubo de cartón encerado continuo, y tiene solo dos costuras calientes que están desplazadas 90 grados, por lo que forma una caja de jugo piramidal con cuatro esquinas. Es una fabricación muy simple, aunque no la más eficiente en términos de uso de material, pero se acumula maravillosamente.

    • Tecnología cansada dice:

      Pensé que solo estaban usando una nomenclatura química orgánica estándar: mono-1 di-2 tri-3 tetra-4 penta-5 hexa-6 hepta-7 octa-8 nona-9 deca-10.

      Podría ser ambos, supongo.

    • RW versión 0.0.1 dice:

      ¿Cómo lograste evitar eso y no mencionar que es un tetraedro, lo que significa 4 caras?

  • J Mark Morris dice:

    ¿El quark superior contiene y protege la energía de los quarks encantadores y puntiagudos? ¿Qué evidencia hay de ambos lados?

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *