viernes, 23 de octubre de 2015

Meson f0 (1710) podría ser la llamada partícula "glueball" hecha puramente de fuerza nuclear


Los términos para describir el extraño mundo de la física cuántica han llegado a ser muy comunes en nuestro léxico. ¿Quién, por ejemplo, no ha al menos oído hablar de un quark o un gluón o incluso sobre el gato de Schrodinger? Ahora hay un nuevo nombre para recordar: "Glueball" (bola de gluones). Esta es una partícula exótica ampliamente buscada por los físicos debido a las implicaciones de su existencia, la cual de acuerdo a investigadores de la TU Wien, fue detectada recientemente. La característica más extraña de la glueball es que está compuesta en su totalidad de gluones. En otras palabras, es una partícula creada a partir de la fuerza pura.
El concepto del glueball como partícula fue discutido por primera vez en 1972, cuando los físicos Murray Gell-Mann y Harald Fritsch se preguntaron acerca de los posibles estados ligados de los gluones recientemente descubiertos, y desde entonces los científicos han buscado la partícula en las décadas posteriores. Originalmente apodadas "gluonium", estas partículas denominadas en la actualidad como glueballs, se supone que son partículas extrañas de fuerza pura excepcionalmente inestables y sólo pueden ser detectadas indirectamente mediante el monitoreo de su decaimiento conforme se desintegran en partículas menores.

Más recientemente, el profesor de física Anton Rebhan y su estudiante de doctorado Frederic Brünner de TU Wien han teorizado que una fuerte resonancia de decaimiento nuclear, llamada f0 (1710), observada en los datos de una serie de experimentos con aceleradores de partículas, es una fuerte evidencia de la elusiva partícula glueball.

Los quarks son pequeñas partículas elementales que componen las cosas tales como los neutrones y protones. Lo que une a estos quarks es la fuerza nuclear fuerte que, a su vez, mantiene unidas las partículas más grandes.

"En la física de partículas, cada fuerza está mediada por un tipo especial de partícula de fuerza, y la partícula de fuerza de la fuerza nuclear fuerte es el gluón", dijo el profesor Rebhan.

Las partículas elementales son de dos tipos: las que llevan la fuerza (bosones), como los fotones, y los que componen la materia (fermiones), tales como electrones. En este contexto, los gluones pueden ser vistos como formas más complejas del fotón. Sin embargo, como los fotones son los portadores de fuerza para el electromagnetismo, los gluones exhiben un papel similar para la fuerza nuclear fuerte. La principal diferencia entre las dos, sin embargo, es que los gluones son capaces de ser influenciados por sus propias fuerzas, mientras que los fotones no. Como resultado, no pueden existir fotones en estados de fuerza ligados, mientras que los gluones, que son atraídos por la fuerza del uno sobre el otro, hacen que sea posible la existencia de una particula de pura fuerza nuclear.

De esta manera, muchos investigadores creen que muchas de las partículas inexplicables descubiertas en experimentos con aceleradores de partículas podrían indicar la presencia de partículas de fuerza nucleares puras o glueballs. Sin embargo, algunos científicos son de la opinión de que las señales detectadas en estos experimentos pueden ser más bien una especie de conglomerado de quarks y antiquarks. Esto es particularmente difícil de probar de cualquier manera, ya que - sea cual sea la partícula misteriosa - es demasiado efímera para ser detectable directamente.

Sin embargo, dos mesones (un mesón es una partícula subatómica compuesta por un quark y un antiquark), denominados f0 (1500) y f0 (1710), se han determinado mediante cálculos como los candidatos más probables para la partícula glueball. Desde hace algún tiempo, los científicos creen que f0 (1500) cumple con muchos de los criterios matemáticos que se requieren ser el principal candidato a convertirse en la partícula glueball, aunque gran parte de esto se debe en gran medida al hecho de que muchos investigadores creían que la producción de quarks pesados (extraños) en el decaimiento de f0 (1710) no era plausible porque las interacciones entre gluones normalmente no distinguen entre los quarks pesados y ligeros.

"Desafortunadamente, el patrón de decaimiento de las partículas glueballs no se puede calcular con rigor", dijo el profesor Rebhan. "Nuestros cálculos muestran que sí es posible que las glueballs decaigan predominantemente en quarks extraños".

A pesar de las inconsistencias en el comportamiento aceptado de los quarks, el patrón de deterioro calculado por los dos investigadores de TU Wien, que muestra la descomposición en dos partículas más ligeras, en realidad se adecúa excepcionalmente bien con el patrón medido para f0 (1710). Los investigadores han demostrado que los otros patrones de desintegración en dos o más partículas también son posibles, y también se han calculado sus tasas de descomposición.

Aunque aún no se han medido estos decaimientos alternativos para las partículas glueball, dos experimentos que se llevaran a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN (TOTEM y LHCb) y un experimento que se efectuará en el acelerador de partículas en Pekín (BESIII) en los próximos meses, se espera que produzcan datos que apoyen la hipótesis de los investigadores de TU Wien.

"Estos resultados serán cruciales para nuestra teoría", dijo el profesor Rebhan. "Para estos procesos de múltiples partículas, nuestra teoría predice tasas de descomposición que son muy diferentes de las predicciones de otros modelos, más simples. Si las medidas están de acuerdo con nuestros cálculos, este será un éxito notable para nuestro enfoque".

Si las mediciones y cálculos concuerdan, la evidencia de que f0 (1,710) es una partícula glueball sería bastante creíble. Una confirmación de este tipo también conseguiría una vez más demostrar que una mayor investigación de la gravedad dimensional puede ser utilizada con eficacia para resolver problemas de física de partículas. De acuerdo a los investigadores, esto también daría más apoyo a la teoría de la relatividad general de Einstein, la cual cumplirá 100 años el próximo mes.







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