Observación de materia extraña apunta a la existencia de diquarks en bariones – Physics World

Un extenso análisis de los datos recopilados hace casi 20 años ha llevado a un descubrimiento sorprendente: esa materia extraña se puede formar cuando un solo fotón es absorbido simultáneamente por dos quarks. La investigación fue dirigida por Lamiaa El Fassi en la Universidad Estatal de Mississippi y plantea preguntas fundamentales sobre la naturaleza de la fuerza nuclear fuerte.

Las partículas de materia extraña llamadas bariones lambda contienen un quark arriba, otro abajo y extraño. Su composición de quarks significa que estas partículas son un objetivo especialmente atractivo para los físicos que estudian la interacción fuerte, la fuerza fundamental que une a los quarks.

Sin embargo, debido a su vida fugaz, los bariones lambda no se pueden observar directamente. En cambio, los investigadores pueden identificarlos detectando sus productos de descomposición. Estos son un pión y un protón o un neutrón.

bariones exóticos

En 2004, los experimentos en el Instalación de acelerador de haz de electrones continuo (CEBAF), parte de Jefferson Lab en Virginia, tenía como objetivo obtener una mejor comprensión de estas esquivas partículas. El acelerador produce un flujo constante de electrones energéticos, lo que lo hace ideal para estudiar bariones exóticos formados a través de un proceso llamado dispersión de electrones-nucleones inelástica profunda semi-inclusiva (SIDIS).

En este proceso particular, los electrones de CEBAF fueron dispersados ​​por protones y neutrones en objetivos hechos de deuterio, carbono, hierro y plomo. “Debido a que el protón o el neutrón se rompen por completo, no hay duda de que el electrón interactúa con el quark en su interior”, explica El Fassi.

Después de esta desintegración, el quark arriba o abajo afectado, que interactúa con un haz de electrones a través de un fotón virtual, se mueve brevemente como una partícula libre, antes de unirse con otros quarks que encuentra para formar un nuevo hadrón. En algunos casos excepcionales, puede unirse con otro quark arriba o abajo y un quark extraño, formando un barión lambda.

Productos de descomposición

En el experimento CEBAF, estas partículas solo pudieron identificarse mediante una combinación de sus productos de desintegración y los electrones dispersos. Los desafíos presentados por una medición tan indirecta han significado que los resultados concluyentes hayan tardado mucho en llegar. Sin embargo, después de más de una década de análisis exhaustivo, que comenzó cuando El Fassi era investigadora postdoctoral, ella y su equipo finalmente pudieron observar los bariones lambda en las colisiones.

“Estos estudios ayudan a construir una historia, análoga a una película, de cómo el quark golpeado se convierte en hadrones”, explica El Fassi. “En un nuevo artículo [en Physical Review Letters], informamos las primeras observaciones de un estudio de este tipo para el barión lambda en las regiones de fragmentación hacia adelante y hacia atrás”. Estas regiones se refieren a la dirección de movimiento del protón o neutrón detectado después de la desintegración de la lambda, en relación con el haz de electrones entrante.

El análisis del equipo reveló un resultado especialmente sorprendente. A diferencia de cuando SIDIS produce partículas más ligeras con vidas más largas, los electrones de CEBAF no parecen interactuar con quarks individuales en este caso, sino con un par de quarks (llamados diquark), que luego se unen con un quark extraño.

Mecanismo diferente

"Este emparejamiento de quarks sugiere un mecanismo diferente de producción e interacción que el caso de la interacción de un solo quark", dice Hafidi.

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De hecho, las implicaciones de este descubrimiento podrían ser particularmente sorprendentes para la cromodinámica cuántica (QCD), que es el marco teórico que describe la fuerza nuclear fuerte.

"Hay un ingrediente desconocido que no entendemos", dice un miembro del equipo william brooks en la Universidad Técnica Federico Santa María de Chile. “Esto es extremadamente sorprendente, ya que la teoría existente puede describir esencialmente todas las demás observaciones, pero no esta. Eso significa que hay algo nuevo que aprender y, por el momento, no tenemos idea de qué podría ser”.

En el futuro, el equipo espera que las próximas mejoras en CEBAF y sus detectores puedan acercarlos un paso más a la respuesta a estas preguntas fundamentales. Como explica El Fassi, “cualquier medida nueva que proporcione información novedosa para comprender la dinámica de las interacciones fuertes es muy importante”.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/strange-matter-observation-points-to-existence-of-diquarks-in-baryons/