Valencia.
Confirman la observación de un estado cuántico inédito en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN
El Instituto de Física Corpuscular ha desempeñado un “papel relevante” en el experimento ATLAS del ‘toponium’
Un equipo del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), que es un centro conjunto de la Universitat de València y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha tenido un “rol importante” en la detección de un sistema cuántico que nunca antes se había observado. Esta información ha sido divulgada por la institución académica en un comunicado.
Hace algún tiempo, el experimento CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) detectó algo fuera de lo común en los datos recopilados entre 2016 y 2018: un exceso de pares de quark y antiquark top. Aunque este exceso podría interpretarse como una señal de nuevas partículas, la ubicación precisa del fenómeno llevó al equipo a considerar una posibilidad alternativa: la formación del toponium, según explicaron fuentes de la institución.
El pasado 8 de julio, la colaboración ATLAS, de la que forman parte más de 5.000 científicos y técnicos a nivel mundial, anunció de manera independiente al CMS la observación del mismo fenómeno, tras haber analizado datos tomados entre 2015 y 2018. Estos resultados coinciden con los obtenidos por la colaboración CMS, reforzando la interpretación de que se trata de un nuevo estado cuántico cuasi ligado denominado toponium.
El Instituto de Física Corpuscular ha estado involucrado desde el inicio en el experimento ATLAS del LHC y ha tenido una presencia destacada en el grupo de física del quark top. Marcel Vos, investigador del CSIC en el IFIC, ha contribuido al proceso de revisión de este hallazgo. Vos también coordina el LHC Top Working Group, el equipo encargado de los resultados relacionados con el quark top en el LHC.
La colaboración internacional que opera el experimento ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN informó a principios de julio sobre la observación del toponium, una unión de las partículas elementales más pesadas, el quark top. En física, esto se conoce como un estado cuasi ligado, una unión temporal de partículas que es inestable y termina desintegrándose, según informó el CSIC.
Durante décadas, se consideró que este estado era imposible de detectar. Ahora, el experimento ATLAS confirma la observación del toponium realizada por el experimento CMS también en el LHC. Todo lo que observamos en el universo, incluidos nosotros, está compuesto por quarks. Entre estos, el quark top es, por naturaleza, una partícula solitaria. A diferencia de otros quarks, que pueden combinarse para formar hadrones (como los protones que forman el núcleo del átomo), el quark top se desintegra casi de inmediato, sin permitir la formación de estados ligados.
“Desde el descubrimiento del quark top en 1995, la producción y propiedades de esta partícula y su antipartícula han sido estudiadas en gran detalle”, explica Vos. “Durante años se pensó que un estado como el toponium sería indetectable, pues los efectos de esta unión eran demasiado sutiles. Sin embargo, los análisis de ATLAS y CMS demuestran que el LHC ha sido capaz de detectar esta breve unión entre un quark top y un antiquark top, resultando en este nuevo estado cuasi ligado que ya fue predicho en 1990, incluso antes de descubrir el quark top”, afirma el científico del CSIC.
FENÓMENO INESPERADO
A pesar de que hay evidencia clara de estar ante un fenómeno inesperado, todavía debe aclararse el origen final del toponium. Una posible explicación alternativa sería la existencia de una nueva partícula con una masa cercana al doble de la del quark top. Estos resultados muestran que aún queda mucho por explorar en el Modelo Estándar de la física de partículas, la teoría que mejor describe el universo visible. Si la observación del toponium se confirma, el descubrimiento representará un nuevo hito en nuestra comprensión de los elementos más fundamentales del universo.
