X(3872): Una misteriosa partícula de los primeros días del universo

Al principio del universo, todavía estaba muy, muy caliente. En aquella época, la materia no estaba formada por las partículas que conocemos hoy, como los protones o los neutrones. Si se calienta demasiado para estas partículas (generalmente llamadas hadrones), empiezan a hervir y se descomponen en sus componentes, como el agua se convierte en vapor. Para ello debe estar al menos a 1,7 billones de Kelvin (3 billones de Fahrenheit) de calor, la llamada temperatura de Hagedorn. Las partículas que flotan entonces en la sopa, el plasma, son por un lado quarks, por otro gluones. Los gluones son normalmente el pegamento que mantiene unidos a los quarks en los hadrones. Sin embargo, en el plasma de quarks-gluones son libres, al igual que los quarks.

Si los investigadores quieren estudiar la historia más temprana del universo, tienen que averiguar cómo se comportan los quarks y los gluones en su plasma. Esto no es tan fácil, porque se necesita mucha energía para producir dicho plasma. Esto se intenta, por ejemplo, en los aceleradores de partículas. Sin embargo, hay otro problema: hay tantas reacciones que es difícil aislar las individuales. Sólo hay que intentar atrapar una sola molécula de vapor de agua del vapor de una sauna. Los físicos del Gran Colisionador de Hadrones del CERN han conseguido ahora hacer algo bastante comparable. A partir de 13.000 millones (1,3 * 109) de colisiones, en las que se crearon en cada caso más de un cuatrillón (1015) de partículas de vida corta, detectaron un número de tres dígitos de partículas del tipo X(3872). A modo de comparación: un litro de aire contiene unas 2,5*1019 partículas. Los investigadores lograron la tarea utilizando un algoritmo de aprendizaje automático que entrenaron en los patrones específicos de desintegración de X(3872).

Pero, ¿por qué este esfuerzo para una partícula que se conoce desde 2003 y que, al mismo tiempo, decae extremadamente rápido? Lo que más fascina a los investigadores sobre X(3872) es su naturaleza desconocida, simbolizada por el signo X (el 3872 es la masa en MeV/c2). En efecto, no encaja en la imagen que los investigadores se han formado hasta ahora de los quarks y su comportamiento. Se me ocurren dos posibilidades para X(3872), ambas muy emocionantes. En primer lugar, podría ser una especie de molécula de mesones D0 y anti-D0*. Dado que estos mesones contienen el rarísimo quark encanto, los investigadores llaman a la molécula de éste «charmonio», al igual que un compuesto de electrón y positrón se llama «positronio». Sin embargo, el hecho de que los quarks formen tales enlaces entre sí en el plasma de quarks-gluones sería un comportamiento inesperado. Igual de inesperado, pero según el estado actual de los conocimientos incluso un poco más probable, es el hecho de que tengamos ante nosotros un llamado tetraquark. Del mundo normal se conocen como mucho conexiones de tres quarks (bariones) o de dos quarks (mesones). La primera confirmación de la existencia de los tetraquarks no se produjo hasta 2016 en el CERN. Para poder explorar las propiedades exactas del X(3872), se necesitan tantas copias como sea posible. Los físicos ya están en camino de conseguirlo.

Ahora sería interesante averiguar si el pegamento de la sopa cuántica a veces se aglutina, si también hay conexiones entre los gluones, a los que se llama apropiadamente glueballs. Eso sería otra sensación, porque los fotones (partículas de luz), que son comparables a los gluones en el mundo normal y frío, no tienen esta capacidad. En 2021, hubo los primeros indicios -también del CERN- de una glueball formada por tres gluones, el «odderon». Un compuesto de dos gluones se llamaría «pomeron».

The two possible structures of X(3872) (Image: CERN).

Leave a Comment

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.

BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris es físico y especialista en el espacio. Lleva mucho tiempo preocupado por las cuestiones espaciales, tanto a nivel profesional como privado, y aunque quería ser astronauta, tuvo que quedarse en la Tierra por diversas razones. Le fascina especialmente el "qué pasaría si" y a través de sus libros pretende compartir historias convincentes de ciencia ficción dura que podrían suceder realmente, y que algún día podrían suceder. Morris es autor de varias novelas de ciencia ficción de gran éxito de ventas, como la serie Enceladus.

    Brandon es un orgulloso miembro de la Science Fiction and Fantasy Writers of America y de la Mars Society.