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Desde que el Nobel de 1969, Murray Gell-Mann puso en orden el “zoo” de partículas subatómicas, hemos venido estudiando el “modelo estándar de partículas” (ME). La esencia del modelo no es excesivamente complicada, aunque los detalles queden para los especialistas, y definitivamente goza de ser la mejor teoría que explica la manera en que interacciona toda la materia y energía que nos rodea.

En muchas ocasiones, el descubrimiento de las partículas del ME fue precedido por su teorización, lo cual demuestra la precisión que lo caracteriza y es en este marco en que se han desarrollado las investigaciones.

Ahora el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN), también conocido como “Laboratorio Europeo de Física de Partículas Elementales” ha anunciado el descubrimiento del odderon, una rara combinación de tres partículas fundamentales llamadas gluones que había sido teorizada hace prácticamente medio siglo, pero que, hasta ahora, no había podido identificarse en condiciones reales.

“Este resultado prueba las características más profundas de la teoría de la cromodinámica cuántica (QCD), en particular que los gluones interactúan entre ellos y que un número impar de gluones pueden ser ‘incoloros’, protegiendo así la fuerte interacción”, señaló un vocero del CERN a través de una comunicación oficial.

Odderon procede del inglés, “odder”, que significa “lo más extraño”, lo que está justificado porque es una de las partículas más raras predichas por la física. El descubrimiento nació a partir de un aparente comportamiento inexplicable de una partícula subatómica llamada en inglés “beauty quark” o “bottom quark” (quark fondo, en español). Este fenómeno en particular no parece seguir lo que se esperaría del mismo, de acuerdo con el Modelo Estándar, y ha expuesto grietas en las bases del mismo.

Los hallazgos surgieron de una recolección de datos que se realizó con la colaboración del detector TOTEM, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el mayor acelerador de partículas del CERN, con la colaboración del experimento DØ en el antiguo colisionador Tevatrón que es el nombre que recibe el acelerador de partículas circular del Fermilab ubicado en Illinois, Estados Unidos. El resultado se presentó el pasado viernes 5 de marzo durante una reunión del CERN en Ginebra, Suiza.

Con la llegada de la cromodinámica cuántica fue posible predecir la existencia del odderon y es lo que hicieron dos físicos franceses allá por 1973. Esto desato una “cacería” internacional de partículas que no había tenido éxito hasta ahora. Lo complicado es obtener mediciones tan detalladas de los protones cuando se desvían tras colisiones de alta energía entre ellos mismos. Ahora veremos porque es preciso tanta precisión.

Los estados que comprenden dos, tres o más gluones generalmente se denominan “bolas de pegamento” y son objetos peculiares hechos solo de los portadores de la fuerza fuerte. Si bien la mayoría de las colisiones de alta energía hacen que los protones se rompan en sus quarks y gluones constituyentes, aproximadamente el 25% son colisiones elásticas donde los protones permanecen intactos, pero se separan por caminos ligeramente diferentes (desviándose alrededor de un milímetro en un recorrido de 200 m en el LHC). TOTEM mide estas pequeñas desviaciones en la dispersión protón-protón usando dos detectores ubicados a ambos lados del experimento CMS a 220 m del punto de interacción, mientras que DØ empleó una configuración similar en el colisionador protón-antiprotón Tevatron.

Acelerador estadounidense Tevatron. (Fuente Fred Ullrich Fermilab)

A energías más bajas, las diferencias en la dispersión protón-protón vs protón-antiprotón se deben al intercambio de diferentes mesones virtuales, partículas formadas por un quark y un antiquark. En energías multi-TeV, por otro lado, se espera que las interacciones de protones estén mediadas puramente por gluones. En particular, la dispersión elástica con baja transferencia de momento y altas energías se ha explicado durante mucho tiempo por el intercambio de un pomerón, una bola de pegamento virtual “de color neutro” formada por un número par de gluones.

Sin embargo, en 2018, TOTEM informó mediciones a altas energías que no podrían explicarse fácilmente con esta idea tradicional y que evocaba la participación de otro objeto QCD. Este fenómeno explicaba modelos en los que se intercambiaba un compuesto de tres gluones, o uno que contenía un número impar de gluones más alto. Los resultados fueron suficientes para demostrar evidencia del odderon, aunque aún no su observación definitiva.

El nuevo trabajo se basa en un análisis de datos independiente del modelo a una transferencia de impulso de rango medio. Los equipos TOTEM y DØ compararon los datos protón-protón del LHC (registrados a energías de colisión de 2,76, 7, 8 y 13 TeV y extrapolados a 1,96 TeV), con los datos protón-antiprotón de Tevatron medidos a 1,96 TeV, y encontraron evidencia nuevamente para el odderón. Cuando los equipos combinaron el resultado con mediciones en ángulos de dispersión mucho más pequeños a 13 TeV con la colaboración de TOTEM, fue que la importancia del resultado adquirió el carácter de descubrimiento.

“Cuando se combina con las mediciones a 13 TeV, la importancia del resultado está en el rango de 5,2 a 5,7 desviaciones estándar y, por lo tanto, constituye la primera observación experimental del odderon”, dijo Christophe Royon de la Universidad de Kansas, quien presentó los resultados, en nombre de DØ y TOTEM a principios de este mes. “Este es un gran descubrimiento del CERN y Fermilab”.

Además del nuevo estudio independiente del modelo TOTEM-DØ del CERN, también existen varios artículos que proporcionan evidencia adicional que respaldan la existencia del odderon.


Fuente: CERN Courier.

Csörgő, T., Novák, T., Pasechnik, R., et al. Evidencia de intercambio de Odderon a partir de las propiedades de escalado de la dispersión elástica a energías TeV. EUR. Phys. J. C 81, 180 (2021). DOI: 10.1140 / epjc / s10052-021-08867-6