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.
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]
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.
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