Ciencia aceleradora del CERN

Esta actualización de medios forma parte de una serie relacionada con la conferencia de Física del Gran Colisionador de Hadrones de 2020, que tendrá lugar del 25 al 30 de mayo de 2020. La conferencia, planeada originalmente para tener lugar en París, se está llevando a cabo completamente en línea debido a la pandemia de COVID-19.

Las colaboraciones ALICE, CMS y LHCb en el CERN presentan nuevas mediciones que muestran cómo las partículas encantadas-partículas que contienen quarks encantadores-pueden servir como” mensajeros ” de dos formas de materia compuesta por quarks y gluones: los hadrones, que constituyen la mayor parte de la materia visible en el universo actual; y el plasma quark-gluón, que se cree que existió en el universo temprano y se puede recrear en colisiones de iones pesados en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Al estudiar las partículas embrujadas, los físicos pueden aprender más sobre los hadrones, en los que los quarks están unidos por gluones, así como el plasma de quarks y gluones, en el que los quarks y los gluones no están confinados dentro de los hadrones.

Los principales resultados son:

El equipo de LHCb obtuvo las mediciones más precisas hasta la fecha de dos propiedades de una partícula conocida como xc1(3872), un hadrón que contiene quarks de encanto. La partícula fue descubierta en 2003 y no ha quedado claro si se trata de un hadrón de dos quarks, un hadrón más exótico, como un tetraquark, un sistema de cuatro quarks estrechamente unidos entre sí, o un par de partículas de dos quarks débilmente unidas en una estructura similar a una molécula. Precisar la naturaleza de este hadrón podría ampliar la comprensión de los físicos de cómo los quarks se unen a los hadrones. “Nuestros resultados son consistentes con que xc1(3872) es un par de partículas de dos quarks unidas entre sí, pero no descarta completamente la hipótesis del tetraquark ni otras posibilidades”, dice el portavoz del LHCb Giovanni Passaleva.

La colaboración CMS observó por primera vez la transformación, o “desintegración”, de otra partícula, llamada B0s, en la misma partícula xc1(3872). Los investigadores compararon esta desintegración con la desintegración observada previamente del mesón B+, que había llevado a la primera detección del xc1(3872) en 2003. Ambos tipos de descomposición vinculan el comportamiento de este hadrón con los quarks up y strange. “Las diferencias medidas en las tasas de decaimiento son intrigantes y podrían proporcionar una mayor comprensión de la naturaleza del xc1(3872), que aún no se ha establecido completamente”, dice el portavoz de CMS Roberto Carlin.

La colaboración ALICE midió el llamado flujo elíptico de hadrones que contenían quarks de encanto, en colisiones de iones pesados. Los hadrones se crean durante colisiones que también crean un plasma de quark-gluón. Los hadrones que contienen quarks pesados, como el quark encanto, son excelentes “mensajeros” del plasma quark–gluón, lo que significa que llevan información importante sobre él. “El patrón observado por ALICE indica que los quarks de encanto pesado son arrastrados por la expansión del plasma de quarks y gluones”, dice Luciano Musa, portavoz de ALICE.

Mirando hacia el futuro, las colaboraciones con LHC tienen como objetivo hacer mediciones más precisas de estos mensajeros del mundo de los quark utilizando datos de la próxima carrera de LHC, que se beneficiarán de configuraciones experimentales en gran medida mejoradas.

Lea más a continuación para obtener una descripción completa de estos resultados.

Resultados de Charm quark relacionados con hadrones

Las colaboraciones de LHCb y CMS describen los resultados de sus estudios de un hadrón conocido como xc1(3872). La partícula fue descubierta en 2003 por el experimento Belle en Japón, pero no está claro si se trata de un hadrón de dos quarks, un hadrón más exótico, como un tetraquark, un sistema de cuatro quarks estrechamente unidos entre sí, o un par de partículas de dos quarks débilmente unidas en una estructura similar a una molécula.

Fijar la naturaleza de xc1(3872) podría ampliar la comprensión de los físicos de cómo los quarks se unen a los hadrones. Los nuevos estudios de las colaboraciones de CMS y LHCb arrojan nueva luz sobre la naturaleza de esta partícula, pero aún no revelan completamente.

Utilizando sofisticadas técnicas de análisis y dos conjuntos de datos diferentes, el equipo del LHCb obtuvo las mediciones más precisas hasta la fecha de la masa de la partícula y determinó por primera vez y con una significación de más de cinco desviaciones estándar el “ancho” de la partícula, un parámetro que determina la vida útil de la partícula.

Hasta ahora, los investigadores solo habían podido obtener límites superiores en los valores permitidos de este parámetro. Los investigadores del LHCb detectaron partículas xc1 (3872) en sus conjuntos de datos utilizando la clásica técnica de caza de “baches”de buscar un exceso (el bache) de eventos de colisión sobre un fondo suave. Cada conjunto de datos llevó a una medición de la masa y el ancho, y los resultados de ambos conjuntos de datos coinciden entre sí.

“Nuestros resultados no solo son los más precisos, sino que también muestran que la masa de xc1(3872) es notablemente cercana a la suma de las masas de los mesones encantados D0 y D*0”, dice el portavoz de LHCb Giovanni Passaleva. “Esto es consistente con que xc1 (3872) es un par de partículas de dos quarks unidas entre sí, pero no descarta completamente la hipótesis del tetraquark u otras posibilidades.”

Mientras tanto, analizando un gran conjunto de datos registrado en el transcurso de tres años, la colaboración CMS observó por primera vez la transformación, o “desintegración”, de la partícula B0s en el xc1(3872) y un mesón ϕ. Esta partícula de dos quarks, B0s, es un pariente del mesón B+, en cuya desintegración el experimento Belle detectó por primera vez xc1 (3872). Al igual que el equipo de LHCb, el equipo de CMS detectó xc1(3872) utilizando la técnica de baches.

“Nuestro resultado es particularmente interesante porque encontramos que la velocidad a la que el B0s decae al hadrón xc1(3872) y el mesón Xt es similar a la del B0 en xc1(3872) y un mesón anti-K0, mientras que es aproximadamente el doble de baja que la del decaimiento B+ observado previamente en xc1(3872) y el mesón K+”, dice el portavoz de CMS Roberto Carlin. “En estos decaimientos, diferentes quarks, además del quark inferior, juegan un papel”, explica Carlin. “El hecho de que las tasas de decaimiento no sigan un patrón obvio puede arrojar luz sobre la naturaleza de xc1(3872).”

Resultados de quark Charm relacionados con el plasma quark–gluón

En el otro extremo del espectro de unión de quark, la colaboración ALICE midió el llamado flujo elíptico de hadrones que contenían un quark charm, unido a un quark ligero (formando un mesón D) o a un anticármico (formando un mesón J/ψ) en colisiones de iones pesados. Los hadrones que contienen quarks pesados, encanto o fondo, son excelentes mensajeros del plasma de quarks y gluones formado en estas colisiones. Se producen en las etapas iniciales de las colisiones, antes de la aparición del plasma, y por lo tanto interactúan con los constituyentes del plasma a lo largo de toda su evolución, desde su rápida expansión hasta su enfriamiento y su eventual transformación en hadrones.

Cuando los núcleos pesados no chocan de cabeza, el plasma se alarga y su expansión conduce a una modulación elíptica dominante de la distribución del momento de los hadrones, o flujo. El equipo de ALICE encontró que, en un momento bajo, el flujo elíptico de los mesones D no es tan grande como el de los piones, que contienen solo quarks ligeros, mientras que el flujo elíptico de los mesones J/ψ es más bajo que ambos, pero claramente observado.

” Este patrón indica que los quarks de encanto pesado son arrastrados por la expansión del plasma de quarks–gluones”, dice Luciano Musa, portavoz de ALICE, ” pero probablemente en menor medida que los quarks ligeros, y que tanto los mesones D y J/ψ a bajo momento están en parte formados por la unión, o recombinación, de quarks que fluyen.”

Otra medición realizada por el equipo ALICE – del flujo de electrones que se originan a partir de desintegraciones de hadrones B, que contienen un quark inferior–indica que los quarks inferiores también son sensibles a la forma alargada del plasma de quark-gluón. Las partículas de Upsilon, que se componen de un quark de fondo y su antiquark, a diferencia de un charm y anticármico como el J/ψ, no exhiben un flujo significativo, probablemente debido a su masa mucho mayor y al pequeño número de quarks de fondo disponibles para la recombinación.

Lea más en los sitios web de CMS y LHCb:

• https://cms.cern/news/discreet-charm-x3872
• https://lhcb-public.web.cern.ch/ Bienvenido.html#X(3872)2020

papeles Originales:

• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.11131
• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.11130
• ALICE: https://arxiv.org/abs/2005.14518
• CMS: https://arxiv.org/abs/2005.04764
• LHCb: https://arxiv.org/abs/2005.13422
• LHCb: https://arxiv.org/abs/2005.13419