Un equipo liderado por la Universidad de Teherán ha calculado las posibles masas de 15 partículas hipotéticas que contienen un quark superior, dando a los físicos objetivos específicos para futuras búsquedas en el Gran Colisionador de Hadrones y sus sucesores propuestos.
El quark superior es la partícula elemental más conocida, casi tan pesada como un átomo de oro, pero sobrevive sólo por medio yoctosegundo: la mitad de un trillón de un trillón de segundo. Normalmente desaparece antes de que la fuerza nuclear fuerte pueda atarla con otros quarks en una partícula más grande, como lo hace dentro de protones y neutrones.
Las pruebas del CERN han comenzado a impugnar esa hipótesis. CMS y ATLAS han detectado independientemente un exceso de pares superior-antitop cerca del umbral de energía donde los dos pueden atraerse brevemente. El estado resultante cuasi-limitado, conocido como toponio, existiría sólo por una fracción casi inimaginablemente pequeña de un segundo.
Los investigadores iraníes continuaron la siguiente pregunta: si un quark superior puede interactuar lo suficientemente largo como para emparejar con su antipartícula, ¿podría también formar combinaciones fugaces con quarks más ligeros?
Su estudio abarca siete bariones posibles —partículas de tres cuartos relacionadas con la estructura a los protones— y ocho posibles mesones hechos de un quark superior y un antiquark. Los socios van desde quarks de luz arriba y abajo a extraños, encanto y quarks de fondo.
Utilizando ecuaciones derivadas de cromodinámica cuántica, la teoría que rige la fuerza fuerte, el equipo estimó donde las masas de estas partículas deberían aparecer en datos de colisión. Los cálculos incluyen interacciones y efectos comunes en quark producidos por la compleja estructura cuántica del espacio vacío.
Cinco candidatos produjeron resultados particularmente interesantes. Tres barilones de alto contenido y dos mesones de alto fondo tenían estimaciones de masa central ligeramente por debajo de la simple suma de sus quarks constituyentes. Dentro de las incertidumbres del modelo, esa es una posible señal de que los quarks podrían atar débilmente antes de que el quark superior se desintegra.
Estas son coordenadas de búsqueda en lugar de descubrimientos de partículas. Los cálculos indican a los analistas del CERN que rangos de energía y patrones de decaimiento merecen una atención más cercana. La confirmación revelaría si la naturaleza puede reunir la materia en un plazo más corto que un trillón de un trillón de segundo y probar la fuerza fuerte a una escala de masas sin precedentes.
Irán no necesita un colisionador del tamaño del CERN para participar en esta frontera. Produciendo predicciones revisadas por pares que pueden probar grandes experimentos, sus científicos están ayudando a determinar dónde deben buscar las máquinas de partículas más poderosas del mundo.
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