Era una predicción clave del Modelo Estándar. Se trata de una glueball («bola de gluones»), una partícula exótica compuesta en su totalidad de gluones, las partículas «pegajosos» que mantienen unidas las partículas nucleares
Los científicos de la TU Wien (Viena) han calculado que el mesón f0(1710) podría ser una partícula muy especial: la largamente codiciada glueball, o «bola de gluones», una partícula compuesta de fuerza pura. La predicción de que existen glueballs es uno de los más importantes del Modelo Estándar de la física de partículas que no ha sido confirmada aún experimentalmente.
Durante décadas, los científicos han estado buscando las llamadas «glueballs». Ahora parece que la han encontrado, por fin. Una glueball es una partícula exótica, compuesta en su totalidad por gluones, que mantienen juntas las partículas del núcleo atómico. Las glueballs son inestables y sólo pueden ser detectadas indirectamente, analizando su desintegración. Este proceso de desintegración, sin embargo, todavía no se entiende del todo.
El profesor Anton Rebhan y Frederic Brünner de TU Wien (Viena) han empleado un nuevo enfoque teórico para calcular cómo podría ser la desintegración de la glueball. Sus resultados concuerdan muy bien con los datos de los experimentos con aceleradores de partículas. Esta es una fuerte evidencia de que la resonancia llamada «f0 (1710)» que se ha encontrado en varios experimentos es, de hecho, la glueball largamente buscada. Se cree que habrá otros resultados experimentales en los próximos meses.
Los protones y los neutrones se componen de partículas elementales más pequeñas llamadas quarks. Estos quarks están unidos por la fuerza nuclear fuerte. «En la física de partículas, cada fuerza está mediada por un tipo especial de partículas de fuerza, y la partícula de fuerza de fuerza nuclear fuerte es el gluón«, dice Anton Rebhan (TU Wien).
Los gluones se pueden considerar como versiones más complicadas del fotón. Los fotones sin masa son responsables de las fuerzas del electromagnetismo, mientras que ocho tipos diferentes de gluones desempeñan un papel similar para la fuerza nuclear fuerte. Sin embargo, hay una diferencia importante: los gluones mismos están sujetos a su propia fuerza, los fotones no. Es por ello que no hay estados ligados de fotones, pero una partícula que se compone sólo de gluones consolidados, de fuerza nuclear pura, es de hecho posible.
En 1972, poco después de que se formuló la teoría de los quarks y los gluones, la físicos Murray Gell-Mann y Harald Fritsch especularon sobre posibles estados ligados de gluones puros (originalmente llamados «gluonium», hoy en día se utiliza el término «glueball»).
En experimentos con aceleradores de partículas se han encontrado varias partículas que se consideran candidatas viables para ser glueballs, pero nunca se produjo el consenso científico sobre si una de estas señales podría ser en realidad la misteriosa partícula hecha de fuerza pura. En lugar de una glueball, las señales que se encuentran en los experimentos también podría ser una combinación de quarks y antiquarks. Las glueballs son demasiado efímeras para detectarlas directamente. Si existen, tienen que ser identificadas estudiando su desintegración.
«Desafortunadamente, el patrón de desintegración de las glueballs no se puede calcular con exactitud», dice Anton Rebhan. Los cálculos de modelos simplificados han demostrado que hay dos candidatas realistas para las glueballs: los mesones llamados f0(1500) y f0(1710). Durante mucho tiempo, el primero fue considerado como el candidato más prometedor. Tiene una masa superior, lo que concuerda mejor con las simulaciones por ordenador, pero cuando se descompone, produce muchos quarks pesados (los llamados «quarks extraños«). Para muchos científicos de partículas, esto parecía inverosímil, porque las interacciones entre gluones no suelen diferenciar entre quarks más pesados y ligeros.
Anton Rebhan y su estudiante de doctorado Frederic Brünner han dado ahora un gran paso adelante en la solución de este rompecabezas, intentando una concepción diferente. Hay conexiones fundamentales entre las teorías cuánticas que describen el comportamiento de las partículas en nuestro mundo tridimensional y ciertos tipos de teorías de gravitación en espacios de dimensiones superiores. Esto significa que ciertos interrograntes de los físicos cuánticos pueden ser contestados utilizando herramientas de la física gravitacional.
«Nuestros cálculos muestran que sí es posible que las glueballs se desintegren predominantemente en quarks extraños», dice Anton Rebhan. Sorprendentemente, el patrón de desintegación calculado en dos partículas más ligeras acuerda muy bien con el patrón de desintegración medido para f0(1710). Además de eso, son posibles otras desintegraciones en más de dos partículas. También se han calculado sus tasas de desintegración.
Hasta ahora no se han medido estas desintegraciones alternativas de las glueball, pero se espera que en los próximos meses los dos experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN (TOTEM y LHCb), y uno de los experimentos del acelerador en Pekín (BESIII), produzcan nuevos datos.
«Estos resultados serán cruciales para nuestra teoría», dice Anton Rebhan. «Para estos procesos de múltiples partículas, nuestra teoría predice tasas de desintegración muy diferentes de las predicciones de otros modelos, más simples. Si las mediciones resultan de acuerdo con nuestros cálculos, este será un éxito notable para nuestro enfoque».
La evidencia de que f0(1710) es una glueball sería abrumadora. Y además de eso, una vez más, mostraría que la gravitación en espacios de dimensiones superiores se puede utilizar para responder a las preguntas de la física de partículas, de una manera que sería un gran éxito más de la teoría de Einstein de la relatividad general, que cumple 100 años el próximo mes.
Fuente: Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti
Más información: