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Hadrones exóticos

Un modelo de un pentaquark : q es un quark y q un antiquark ; los gluones (líneas onduladas) median interacciones fuertes entre quarks; deben estar presentes cargas de color rojo, verde y azul , mientras que el quark y el antiquark restantes deben compartir un color y su anticolor, en este ejemplo azul y antiazul (mostrados como amarillo).

Los hadrones exóticos son partículas subatómicas compuestas de quarks y gluones , pero que, a diferencia de los hadrones "bien conocidos", como los protones , neutrones y mesones , constan de más de tres quarks de valencia . Por el contrario, los hadrones "ordinarios" contienen solo dos o tres quarks. Los hadrones con un contenido explícito de gluones de valencia también se considerarían exóticos. [1] En teoría, no hay límite en el número de quarks en un hadrón, siempre que la carga de color del hadrón sea blanca o neutra. [2]

En consonancia con los hadrones ordinarios, los hadrones exóticos se clasifican como fermiones , como los bariones ordinarios, o bosones , como los mesones ordinarios. Según este esquema de clasificación, los pentaquarks , que contienen cinco quarks de valencia, son bariones exóticos, mientras que los tetraquarks (cuatro quarks de valencia) y los hexaquarks (seis quarks, que consisten en un dibarión o tres pares quark-antiquark) se considerarían mesones exóticos . Se cree que se han observado partículas tetraquark y pentaquark y se están investigando; los hexaquarks aún no se han confirmado como observados.

Los hadrones exóticos se pueden buscar buscando polos de la matriz S con números cuánticos prohibidos para los hadrones ordinarios. Las firmas experimentales de estos hadrones exóticos se habían visto a más tardar en 2003, [3] [4] pero siguen siendo un tema de controversia en la física de partículas .

Jaffe y Low [5] sugirieron que los hadrones exóticos se manifiestan como polos de la matriz P, y no de la matriz S. Los polos experimentales de la matriz P se determinan de manera confiable tanto en los canales mesón-mesón como en los canales nucleón-nucleón.

Historia

Cuando Murray Gell-Mann y otros postularon por primera vez el modelo de quarks en los años 1960, lo hicieron para organizar de forma significativa los estados que se sabía que existían en ese momento. A medida que la cromodinámica cuántica (QCD) se desarrolló durante la década siguiente, se hizo evidente que no había ninguna razón por la que solo pudieran existir combinaciones de tres quarks y de quark-antiquark. De hecho, el artículo original de Gell-Mann de 1964 alude a la posibilidad de hadrones exóticos y clasifica a los hadrones en bariones y mesones dependiendo de si tienen un número impar (barión) o par (mesón) de quarks de valencia. [6] Además, parecía que los gluones, las partículas mediadoras de la interacción fuerte, también podrían formar estados ligados por sí mismos ( bolas de pegamento ) y con quarks (hadrones híbridos). Han pasado varias décadas sin evidencia concluyente de un hadrón exótico que pudiera estar asociado con el polo de la matriz S.

En abril de 2014, la colaboración LHCb confirmó la existencia del Z(4430) , descubierto por el experimento Belle , y demostró que debe tener un contenido mínimo de quarks de c c d u . [7]

En julio de 2015, LHCb anunció el descubrimiento de dos partículas, llamadas P+
c
(4380)
y P+
c
(4450)
, que deben tener un contenido mínimo de quarks c c uud, lo que los convierte en pentaquarks . [8]

Candidatos

Véase también

Notas

  1. ^ Close, FE (1988). "Hadrones gluónicos". Informes sobre el progreso en física . 51 (6): 833–882. ​​Bibcode :1988RPPh...51..833C. doi :10.1088/0034-4885/51/6/002. S2CID  250819208.
  2. ^ Belz, J., et al. (BNL-E888 Collaboration) (1996). "Búsqueda de la desintegración débil de un dibarión H". Physical Review Letters . 76 (18): 3277–3280. arXiv : hep-ex/9603002 . Bibcode :1996PhRvL..76.3277B. doi :10.1103/PhysRevLett.76.3277. PMID  10060926. S2CID  15729745. La teoría de la cromodinámica cuántica no impone ninguna limitación específica sobre el número de quarks que componen los hadrones, salvo que forman estados singletes de color.{{cite journal}}: CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
  3. ^ Ver Tetraquark
  4. ^ "Nota sobre mesones qbar no q" (PDF) . Journal of Physics G . 33 : 1. 2006.
  5. ^ Jaffe, RL ; Low, FE (1979). "Conexión entre los estados propios del modelo de quarks y la dispersión de baja energía". Physical Review D . 19 (7): 2105. Bibcode :1979PhRvD..19.2105J. doi :10.1103/PhysRevD.19.2105.
  6. ^ Gell-Mann, M. (1964). "Un modelo esquemático de bariones y mesones". Physics Letters . 8 (3): 214–215. Código Bibliográfico :1964PhL.....8..214G. doi :10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
  7. ^ Colaboración LHCb (7 de abril de 2014). "Observación del carácter resonante del estado Z(4430) ". Physical Review Letters . 112 (22): 222002. arXiv : 1404.1903 . Código Bibliográfico :2014PhRvL.112v2002A. doi :10.1103/PhysRevLett.112.222002. PMID  24949760. S2CID  904429.
  8. ^ Aaij, R. y col. (Colaboración LHCb) (2015). "Observación de resonancias J/ψp consistentes con estados de pentaquark en Λ0b
    →J/ψK p se desintegra". Physical Review Letters . 115 (7): 072001. arXiv : 1507.03414 . Código Bibliográfico :2015PhRvL.115g2001A. doi :10.1103/PhysRevLett.115.072001. PMID  26317714. S2CID  119204136.
    {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  9. ^ Belle Collaboration; Abe, K. (19 de mayo de 2008). "Búsqueda de nuevos estados de charmonium en los procesos e+ e- → J/psi D(*) D(*) en sqrt{s} ~ 10,6 GeV". Physical Review Letters . 100 (20): 202001. arXiv : 0708.3812 . doi :10.1103/PhysRevLett.100.202001. ISSN  0031-9007. PMID  18518525.
  10. ^ The Belle Collaboration; Shen, CP (16 de marzo de 2010). "Evidencia de una nueva resonancia y búsqueda del Y(4140) en $\gamma \gamma \to \phi J/\psi$". Physical Review Letters . 104 (11): 112004. arXiv : 0912.2383 . doi :10.1103/PhysRevLett.104.112004. ISSN  0031-9007. PMID  20366468. S2CID  31594166.
  11. ^ Ablikim, M.; Achasov, MN; Ahmed, S.; Ai, XC; Albayrak, O.; Albrecht, M.; Ambrose, DJ; Amoroso, A.; An, FF; An, Q.; Bai, JZ (1 de marzo de 2017). "Evidencia de dos estructuras resonantes en $e^+ e^- \to \pi^+ \pi^- h_c$". Physical Review Letters . 118 (9): 092002. arXiv : 1610.07044 . doi : 10.1103/PhysRevLett.118.092002 . ISSN  0031-9007. PMID  28306302.