El IFCA participa en el descubrimiento de dos “extraños parientes” del protón y del neutrón

Científicos del Fermilab han realizado el hallazgo de las nuevas partículas

Científicos del proyecto de colaboración Collider Detector at Fermilab (CDF) del Fermi Nacional Acelerator Laboratory (Chicago, Estados Unidos) han anunciado el descubrimiento de dos tipos raros de partículas, “parientes exóticos” de los protones y neutrones. En este experimento han participado investigadores del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Cantabria (UC).

Las partículas halladas se denominan bariones y contienen tres quarks, que son partículas elementales de las que también se componen los protones y los neutrones. Los investigadores del proyecto CDF han descubierto dos clases de bariones denominados Sigma-sub-b, cada uno casi seis veces más pesado que un protón. En total existen seis tipos diferentes de quarks: up, down, strange, charm, bottom y top. Los bariones descubiertos están formados por dos up y un bottom y por dos down y un bottom, y tienen una vida extremadamente corta, desapareciendo en un ínfimo instante.

Alberto Ruiz Jimeno, catedrático de la Universidad de Cantabria e investigador del IFCA, ha explicado que “el modelo estándar de las interacciones fundamentales de la materia predice la existencia de estos bariones recién descubiertos. Y el descubrimiento de los mismos confirma la teoría”. Respecto a la importancia del hallazgo de las partículas, Ruiz Jimeno asegura que “permite profundizar en el conocimiento de la estructura fundamental de la materia y de las fuerzas íntimas que gobiernan su comportamiento. Estas piezas nos permiten ir completando la ‘Tabla Periódica de los bariones’”.

Cómo se formó el universoEl colisionador Tevatron de Fermilab es el acelerador de partículas más potente del mundo en la actualidad. Se está utilizando para que los físicos puedan recrear las condiciones presentes durante la formación del universo, reproduciendo las extrañas condiciones que tuvieron lugar en el momento del Big Bang. Mientras la materia ordinaria está formada sólo por quarks up y down, la exótica materia descubierta contiene otro tipo de quarks.

El Tevatron acelera protones y antiprotones, haciéndolos colisionar a la velocidad de la luz. En estas colisiones la energía se transforma en materia, según la famosa ecuación de Einstein (E=mc2). Al chocar hay cierta probabilidad de producir quarks bottom, que se convierten en Sigma-sub-b de acuerdo con las leyes de la Física Cuántica.

Para poder encontrar los dos bariones, los científicos han tenido que seleccionar 103 partículas up-up-bottom y 134 down-down-bottom, todas ellas surgidas y elegidas de los más de 100 billones de choques de alta energía de protón y antiprotón producidos en el Tevatron durante los últimos cinco años. Así se han encontrado las nuevas partículas, que “son muy pesadas al estar constituidas, en parte, por el quark b, que pesa aproximadamente cinco veces más que el protón”. Además, su vida media es muy corta y se desintegran rápidamente en otras partículas más ligeras. “Su producción es escasa y difícil, por lo que se requería de un experimento de estas características y de unas mediciones muy finas para poder obtenerlas. Son auténticos ‘diamantes’ entre una maraña de partículas obtenidas en el experimento CDF”, según Alberto Ruiz Jimeno.

Durante la presentación científica del descubrimiento, celebrada el pasado 20 de octubre en Chicago, el físico de la Universidad de Johns Hopkins Petar Maksimovic explicó que los dos tipos de partículas se generan en dos combinaciones de spin diferentes, como predice la teoría. En definitiva, el experimento CDF justifica ahora dos de los seis bariones existentes con un quark bottom en su composición y spin igual a 3/2.

Fermilab y CDFCDF es un experimento de carácter internacional en el que participan 700 físicos pertenecientes a 61 instituciones y 13 países diferentes, entre los que hay científicos del IFCA, además del IFAE de Barcelona y el CIEMAT de Madrid. Se trata de una investigación sostenida por el Departamento de Energía y la Fundación Nacional de la Ciencia de Estados Unidos, y de la financiación de varias agencias internacionales, entre ellas la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICyT) española, en el marco del Plan Nacional de Física de Partículas.

El uso del acelerador de partículas Tevatron sirvió en 1995 para descubrir el quark más masivo, denominado quark top. Recientemente y con una participación notable de los científicos del Instituto de Física de Cantabria, se descubrió la oscilación materia-antimateria de las partículas Bs.

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