Un descubrimiento inesperado en la búsqueda de partículas exóticas revela nuevas estructuras subatómicas

Investigadores del Thomas Jefferson National Accelerator Facility han realizado un descubrimiento inesperado en su búsqueda de una partícula exótica. Durante sus experimentos, encontraron evidencias de dos nuevas estructuras subatómicas que podrían pertenecer a la extraña familia de partículas conocidas como estados XYZ. Estos hallazgos prometen ayudar a los físicos a desentrañar nuevas maneras en que los quarks y gluones se combinan para formar materia.

Los investigadores habían estado buscando un candidato confirmado de XYZ utilizando un haz de fotones de alta energía que interactuaba con un objetivo de protones. En lugar de encontrar lo que buscaban, detectaron señales que sugieren la existencia de dos estructuras inesperadas, lo que refleja la complejidad creciente del paisaje de partículas subatómicas.

Los resultados de este estudio, que fueron publicados en la revista Physical Review Letters, provienen de la colaboración Gluonic Excitations (GlueX) en el Experimental Hall D del Jefferson Lab. Según el investigador Malte Albrecht, "fuimos en busca de un candidato XYZ confirmado, pero en su lugar encontramos dos estructuras diferentes. Es información nueva".

Los estados XYZ representan un grupo enigmático de partículas que no encajan en el modelo convencional de partículas compuestas por quarks. Este descubrimiento marca un avance significativo en la comprensión de cómo las fuerzas fundamentales de la naturaleza contribuyen a la formación de la materia.

Desde la década de 1950, los experimentos de colisión de alta energía han revelado una gran cantidad de partículas subatómicas conocidas como hadrones, que son partículas compuestas de dos o más quarks unidos por la fuerza nuclear fuerte. Ejemplos comunes incluyen protones y neutrones, cada uno de los cuales contiene tres quarks.

Con el descubrimiento de nuevos hadrones, como los mesones, que suelen consistir en un quark emparejado con su contraparte de antimateria, los físicos comenzaron a utilizar el modelo de quarks para organizar estos estados ligados. Con el tiempo, el modelo se amplió para incluir seis tipos de quarks, lo que ayudó a construir el marco del Modelo Estándar, que describe partículas elementales y fuerzas fundamentales.

A medida que los aceleradores de partículas se volvieron más potentes, los investigadores comenzaron a acceder a procesos físicos más sutiles, revelando muchos hadrones con propiedades cuánticas inusuales que no se ajustaban al modelo original de quarks. Debido a la rápida acumulación de descubrimientos, los físicos adoptaron el término estados XYZ para referirse a muchas de estas partículas poco comprendidas.

El experimento GlueX se diseñó específicamente para investigar mesones híbridos, partículas exóticas en las que los gluones excitados pueden contribuir directamente a la estructura interna. Utilizando el Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF), un usuario de la Oficina de Ciencia del DOE, GlueX genera un haz de fotones de alta energía que interactúa con protones en un objetivo de hidrógeno líquido.

Durante la búsqueda de la partícula Y(2175), que se había reportado en experimentos anteriores, los investigadores no la encontraron. En su lugar, identificaron dos nuevas estructuras, Y(2240) y X(1830), con masas cercanas, lo que sugiere orígenes inusuales. La señal de Y(2240) alcanzó un nivel de certeza estadística del 99.9994%, mientras que la de X(1830) fue de aproximadamente 99.7%.

Este descubrimiento no solo marca un hito en la búsqueda de partículas exóticas, sino que también establece un límite superior sobre la probabilidad de producción de Y(2175) a través de la fotoproducción, lo que ayudará a los físicos a diseñar y interpretar futuros experimentos. Justin Stevens, portavoz de GlueX, comentó: "Esto realmente abre la puerta a un conjunto completamente nuevo de mediciones de espectroscopía de hadrones que podemos realizar con GlueX".