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Descubrimiento Pentaquarks

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  • Divulgación Descubrimiento Pentaquarks

    [FONT=arial]Corría el año 1964 (el mismo en el que Peter Higgs publicó su estudio sobre el bosón que lleva su nombre y que, unas décadas más tarde, el 4 de julio de 2012, se descubriría) y un joven investigador de 35 años revolucionó la física de partículas proponiendo la existencia de los bariones (compuestos por 3 quarks) y los mesones (formados por un quark y un antiquark. Por lo tanto, muy intestables), lo cual le valdría el Premio Nobel de Física, que se le concedió en 1969. Ah, los 60, la Edad de Oro de la Física de Partículas...
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    Pero nuestra edad es también interesante para este campo. Tras el descubrimiento del Bosón de Higgs y su parón durante un año, el LHC ha vuelto, y con más fuerza que nunca, como suele decirse. Trabaja ahora a los 13 TeV, todo un récord de energía. De hecho, hace poco más de un mes se anunciaron las primeras colisiones a este nivel de energía. Pero aún hay más sorpresas. La cantidad de datos recogidos por el LHC en su primera tanda, antes del parón, es tal que los científicos aún continúan estudiándolos. Y ha sido ahí (en concreto en los datos del LHCb) donde ha aparecido otro gran descubrimiento: el de los pentaquarks.

    "El pentaquark no es solo una nueva partícula" - dijo el portavoz de LHCb, Guy Wilkinson, - "supone un modo de agrupar los quarks, los constituyentes fundamentales de protones y neutrones, de una forma nunca vista en más de cincuenta años de búsquedas experimentales. Estudiar sus propiedades nos permitirá entender mejor cómo se forma la materia ordinaria, los protones y neutrones que nos componen".

    Todos los científicos coinciden en algo: no es un descubrimiento que suponga el inicio de una "nueva física" (tan a menudo escrita en los medios tras la puesta en marcha del LHC a la máxima potencia). ¡Qué va! El modelo de quarks predecía la existencia de este tipo de partículas, formadas por cuatro quarks y un antiquark. Es más, hace algo más de un año se confirmó la existencia de un sistema de dos bariones (un total de seis quarks) [enlace aquí, página 6]. Y también de un tetraquark: el Z(4330).

    "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" - dice Juan Saborido, responsable del grupo de la Universidad de Santiago de Compostela participante en LHCb . "[Este hallazgo] no implica física más allá del Modelo Estándar, pero es muy importante para el entendimiento de la estructura de los hadrones".

    "Este resultado es importante para la validación de modelos de cromodinámica cuántica, puesto que confirma la existencia de estados ligados cuyo contenido en quarks es de cinco. Como si un mesón (2 quarks) y un barión (3 quarks) pudieran formar un estado ligado. Un símil serían las moléculas formadas por distintos átomos" - dice el investigador del grupo del LHCb en la Universidad de Barcelona, Eugeni Graugés.


    [/FONT][FONT=arial]¿Y cómo se ha conseguido "ver" esta partícula? Observando la desintegración del barión Lambda b en la partícula J-psi, en un protón y en un kaón cargado eléctricamente. Se estudió el espectro de masa del J-psi y del protón y se descubrió que existían estados intermedios en su producción, llamados Pc(4450)+y Pc(4380)+. El espectro de masas J/ψ p indica la presencia de dos picos: uno a 4380 ± 8 ± 29 MeV con una anchura de 205 ± 18 ± 86 MeV, y un segundo pico más estrecho a 4449,8 ± 1,7 ± 2,5 MeV con anchura 39 ± 5 ± 19 MeV. Ambos picos se interpretan como señal del pentaquark Pc, un estado con espín 3/2 y el otro con espín 5/2. [/FONT]
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Nombre:	pentaquarks.jpg
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ID:	313714
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    [FONT=arial][FONT=arial]Posible representación de un pentaquark. Los quarks pueden estar fuertemente unidos (izquierda) o ser un mesón y un barión débilmente unidos, como una molécula[/FONT][/FONT]
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    "Gracias a la gran cantidad de datos proporcionada por el LHC y a la excelente precisión de nuestro detector, hemos examinado todas las posibilidades del origen de estas señales y concluimos que solo se pueden explicar por estados de pentaquark", declaró el físico de LHCb Tomasz Skwarnicki, de la Universidad de Siracusa (EE.UU.). "Para ser precisos, los estados deben estar formados por dos quark up (arriba), un quark down (abajo), un quark charm (encanto) y su antipartícula, un anti-charm".[/FONT]
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    [FONT=arial][FONT=arial]"Los quarks podrían estar unidos fuertemente" - explica el físico de LHCb Liming Zhang - "o podrían estar unidos más débilmente, en una especie de molécula de mesón-barión en la cual ambos experimentan una fuerza fuerte residual parecida a la que mantiene unidos a protones y neutrones para formar el núcleo".

    En cualquier caso, el estudio ya se ha enviado a Physical Review Letters y se ha subido en arxiv.org. El estudio cuenta con un gran respaldo: 9 sigma (aunque, si no recuerdo mal, el experimento del BICEP2, tan sonado y luego refutado por no haber tenido lo suficientemente en cuenta al polvo cósmico, era de 5 sigma). Otra cosa curiosa viene cuando nos metemos en este enlace y vemos los autores:

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    Haz clic en la imagen para ampliar

Nombre:	Autores LHCb.jpg
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ID:	313715
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    Esto es una muestra de que la ciencia hoy día, especialmente la física de partículas, no es individual, sino colectiva.


    Puedes consultar la investigación (en inglés) emitida por el LHCb en este enclace. Y alguien me haría un gran favor si me explicara qué significa esta gráfica, porque no la entiendo [/FONT]
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    Haz clic en la imagen para ampliar

Nombre:	mjpsip-inset.jpg
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ID:	313713
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    [FONT=arial][FONT=arial]"LHCb physicists first tried to describe the data with conventional hadrons from the traditional quark model, including 14 Λ*resonances. As this did not give a satisfactory description of the data, they tried to add one Pc+ state, and when that was not sufficient they added a second state. The first one has a mass of 4449.8±1.7±2.5 MeV and a width of 39±5±19 MeV, while the second is wider, with a mass of 4380±8±29 MeV and a width of 205±18±86 MeV. The statistical significance of each of these resonances is more than 9 standard deviations. The J/ψp invariant mass spectrum from the data (below, left) is shown as solid (black) diamonds with error bars, while the solid (red) points show the results of the best data interpretation taking into account quantum mechanical description of Pc+ states formation in the presence of conventional Λ* resonances. The blue open circles with the shaded histogram represent the contribution of the Pc+(4450) state. The purple filled circles connected by the histogram represent the Pc+(4380) state. This wider state is clearly seen in the insert for which a more restricted range of the Kp invariant mass spectrum (above 2 GeV) was required. Each Λ* component is also shown in different colors"

    [/FONT][/FONT]
    [FONT=arial]
    Os dejo también notas de prensa en español:
    - El País (materia): aquí
    - Agencia sinc: aquí
    - CPAN: aquí
    [/FONT]
    Última edición por The Higgs Particle; 14/07/2015, 12:11:16.
    \boxed{\delta S = 0}

    "Somos como mariposas, que revolotean por un día y creen que es para siempre"

    sigpic

  • #2
    Re: Descubrimiento Pentaquarks

    ¡Que currado! Pongo yo también un enlace divulgativo que me ha gustado.

    Edito: Al final parece que ha sido una falsa alarma y que se ha descubierto una molécula hadrónica, no un pentaquark.
    Última edición por Weip; 15/07/2015, 10:49:45.
    \dst \oint_S \vec{E} \cdot d \vec{S}=\dst \frac{Q}{\epsilon_0}

    Comentario


    • #3
      Re: Descubrimiento Pentaquarks

      Alguien sabe si el lagrangiano que describe el campo gluónico de un pentaquark es mut diferente del de un hadrón?

      un saludo
      [TEX=*]\left[-\frac{\hbar^2}{2m} \nabla^2 + V(\vec x) \right]\psi(\vec x, t) = - i \hbar \frac{\partial}{\partial t}\psi(\vec x, t)[/TEX]

      Comentario


      • #4
        Re: Descubrimiento Pentaquarks

        Escrito por Miquel Bernat Ver mensaje
        Alguien sabe si el lagrangiano que describe el campo gluónico de un pentaquark es mut diferente del de un hadrón?

        un saludo
        El lagrangiano fundamental es el mismo, el de QCD. Tanto mesones, como bariones y ahora los posibles pentaquarks, si se confirman, son estados ligados de CQD. Eso sí, probablemente puedes hacer lagrangianos efectivos para cada tipo partícula y serán diferentes.

        Fíjate que el pentaquark sigue siendo un hadrón. Probablemente querías preguntar por bariones...
        La única alternativo a ser Físico era ser etéreo.
        @lwdFisica

        Comentario


        • #5
          Re: Descubrimiento Pentaquarks

          Escrito por Weip Ver mensaje
          ¡Que currado! Pongo yo también un enlace divulgativo que me ha gustado.
          Edito: Al final parece que ha sido una falsa alarma y que se ha descubierto una molécula hadrónica, no un pentaquark.
          De momento hay disparidad de criterios,
          -Según Enrique, pentaquark: http://cuentos-cuanticos.com/2015/07...apel-de-fumar/
          -Segun Francis, molécula hadrónica: http://francis.naukas.com/2015/07/15...-un-pentaquark
          Seguiremos atentos.
          "Das ist nicht nur nicht richtig, es ist nicht einmal falsch! "

          Comentario


          • #6
            Re: Descubrimiento Pentaquarks

            Escrito por Alriga Ver mensaje
            De momento hay disparidad de criterios,
            -Según Enrique, pentaquark: http://cuentos-cuanticos.com/2015/07...apel-de-fumar/
            -Segun Francis, molécula hadrónica: http://francis.naukas.com/2015/07/15...-un-pentaquark
            Seguiremos atentos.
            Es curioso que la imagen que ilustra el texto del artículo en la web oficial del CERN (http://home.web.cern.ch/about/update...-particles-lhc) aparecen las dos posibilidades dibujadas, con un pie de foto que deja entender que no están seguros de cuál es. Y lo curioso es que llama "pentaquark" a ambas posibilidades.

            En cualquier caso, sea una cosa u otra, no es "una falsa alarma". Cualquiera de las dos posibilidades es prácticamente igual de importante, son estados ligados que no se habían observado antes.
            La única alternativo a ser Físico era ser etéreo.
            @lwdFisica

            Comentario


            • #7
              Re: Descubrimiento Pentaquarks

              Tenéis razón, pero en realidad en lo que yo he escrito aparecen, como dice Pod, ambas opciones como "pentaquark" sin llegar a descartar ninguna.

              Es más, debajo de la imagen pone "Posible representación de un pentaquark. Los quarks pueden estar fuertemente unidos (izquierda) o ser un mesón y un barión débilmente unidos, como una molécula". Es decir, que puede ser un pentaquark en el sentido estricto (unidos con la fuerza nuclear fuerte) o una unión de un mesón y un barión, tipo molécula.
              \boxed{\delta S = 0}

              "Somos como mariposas, que revolotean por un día y creen que es para siempre"

              sigpic

              Comentario


              • #8
                Re: Descubrimiento Pentaquarks

                Hola.

                Muy interesante el tema del pentaquark, o la resonancia (que no molécula) barión-mesón.

                Para mi la clave es en el valor de la anchura de estos estados: 200, o 40 MeV. Si un modelo barion-meson razonable da esta anchura, entonces la resonancia barion-meson es la explicacion más adecuada.

                Si no, los teóricos de QCD tendría que describir un sistema de cuatro quarks, un antiquark, y un numero indeterminado de gluones, y reproducir los valores de la energía y la anchura. Nada fácil.

                Un saludo

                Comentario


                • #9
                  Re: Descubrimiento Pentaquarks

                  Según publicó anteayer Physical Review Letters, la colaboración LHCb del CERN ha hallado nueva evidencia que mostraría que el pentaquark podría tener una estructura similar a la de una molécula, (es una de las interpretaciones, en concreto dicen "various interpretations of these structures have been proposed, including tightly bound pentaquark states and loosely bound molecular baryon-meson state")

                  Hace cuatro años, un equipo del LHC observó lo que se conoce como pentaquark, generado al colisionar protones entre sí. Su existencia había sido teorizada, pero no fue hasta que se implementó la tecnología adecuada en el LHC que los investigadores pudieron observarlo con un grado razonable de confianza. El pentaquark está formado por cuatro quarks y un antiquark.

                  Ahora, con nueve veces más datos que cuando observó por primera vez, informan que el pentaquark está formado por dos bariones y un mesón, que en una de las interpretaciones, están unidos de una manera que recuerda a una molécula. Concretamente, el pentaquark estaría formado por dos quarks up, uno quark down, un quark charm y un quark anti-charm.

                  También se informa que la observación inicial del pentaquark de hace cuatro años, correspondía en realidad a la observación de dos pentaquarks que eran casi idénticos.

                  Los investigadores llaman la atención de que sus observaciones serían las primeras en ver a bariones y mesones unidos entre si; hasta ahora, solo se habían observado bariones unidos a otros bariones. Explican que es posible que no todos los pentaquarks tengan la misma estructura de tipo molecular que observaron, señalando que la teoría sugiere que es posible que tengan de otros tipos, incluidas "split-second interactions" Esperan que futuras investigaciones contribuyan a una mayor comprensión del pentaquark y de sus características.

                  El artículo es demasiado técnico para mi, pero lo enlazo en arxiv para los compañeros que lo entienden y lo aprovechan: Observation of a narrow pentaquark state, Pc(4312)+, and of two-peak structure of the Pc(4450)+

                  Información adicional en la web de LHCb Observation of new pentaquarks

                  Saludos.

                  ACTUALIZADO 08/06/2019. Veo que La Mula Francis ha publicado sobre el tema: LHCb apunta a que el supuesto pentaquark Pc(4450) es un estado ligado barión-mesón
                  Última edición por Alriga; 08/06/2019, 13:35:53. Motivo: Actualizar
                  "Das ist nicht nur nicht richtig, es ist nicht einmal falsch! "

                  Comentario


                  • #10
                    Re: Descubrimiento Pentaquarks

                    Hola.

                    Un par de comentarios, para entender la relevancia de este trabajo.

                    Aqui se estudia como un Barión exótico , compuesto por los quarks , decae en tres partículas conocidas: kaón negativo , mesón y protón . Esta forma de decaimiento no tiene nada sorprendente. El quark tiene una masa grande, de unos , y por interacción débil, que es la unica que puede cambiar el sabor de los quarks, puede dar lugar, primero a un quark y un bosón virtual , y luego este da lugar a .

                    Lo interesante ocurre al ver cómo las tres particulas que se observan, , se reparten la energía. Esto se ve en el plot de Dalitz de la figura 2. Si no huniera ningun efecto especial de estructura, esperaríamos que la figura 2 estuviera homogeneamente rellena de puntos. Esto no es así. Si miramos con cuidado, aparecen picos cuando la energía total del sistema toma los valores 4312, 4440, 4457 MeV. Esto es lo que se llaman "pentaquarks". Más modestamente, podríamos llamarlos "resonancias barión-mesón".

                    ¿Cual es la explicación de estas resonancias? Uno podría indicar que son estructuras de cuatro quarks y un antiquark, que son significativamente diferentes de un baríon (tres quarks) más un mesón (quark antiquark). Si ese fuera el caso, estaría plenamente justificado el término pentaquark. Pero antes de esto, habría que ver si la descripción en términos de bariones y mesones es suficiente para explicar energías y anchuras. En este sentido es interesante la figura 6. Las energías de los "pentaquarks" observados son muy próximas a la suma de las masas de un barión y un mesón , o su estado excitado .

                    Esto sugeriría un mecanismo en el que , decae en kaón negativo , mesón y , estas dos últimas casi en reposo relativo. Posteriormente y , intercambian quarks para formar el protón y el mesón que se observan experimentalmente, con las energías del "pentaquark". Esta explicación daría cienta de las energías, sin requerir ninguna estructura especial de pentaquark.

                    Sin duda, un experimento interesantísimo que nos permitirá estudiar la dinámica de bariones y mesones, descritos por quarks, dentro de la QCD.

                    Un saludo
                    Última edición por carroza; 10/06/2019, 13:13:08.

                    Comentario

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