Pentaquarks: Qué son y por qué se habla tanto de ellos

Estos días el mundo de la física de partículas vive envuelto en un nuevo revuelo por el descubrimiento de una partícula que no se había visto antes. Dicha partícula, el pentaquark, llevaba postulada varios años pero las evidencias de su existencia no eran suficientes. Ahora, gracias a las medidas del experimento LHCb en el CERN, parece que su existencia queda confirmada, cerrando un debate que llevaba abierto varias décadas. Ahora solo queda responder a la pregunta que nos hacemos todos: ¿Qué narices son los pentaquarks?

¿Qué narices es un quark?

Por si alguno estuvo despistado en la clase de cromodinámica cuántica, recordemos que los quarks son los componentes más básicos de la materia conocida, junto son los leptones (los electrones y sus amigos). Estos quarks tiene un espín fraccionario (es decir, son fermiones) y poseen uno o dos tercios de la carga que posee un electrón. Los quarks son los únicos fermiones a los que la fuerza nuclear fuerte les afecta y se agrupan “siempre” en grupos de dos o tres quarks siguiendo unas normas de selección relativamente sencillas.

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Cuando decimos que se encuentran siempre agrupados es más estricto de lo que parece. Existe un cosa llamada libertad asitótica que es la forma en la que la fuerza nuclear fuerte afecta a los quarks. La fuerza entre quarks es inversamente proporcional a la distancia entre ellos. Es por eso que dentro de los protones los quarks se mueve casi-libremente, pero cuando intentamos separarlos nos cuesta cada vez más energía hasta que llegamos a un punto en el que hay tanta energía que se crea un nuevo par de quarks entre los que intentabamos separar, haciendo inutil nuestra tarea.

La forma en la que los quarks se agrupan es también especial, puesto que tienen carga de color. Esta carga es más parecida a la carga eleéctrica que al color que ven nuestros ojos, pero con el color las combinaciones se entienden mejor. Los quarks pueden tener carga roja, verde o azul, y los antiquarks la inversa (en este caso antirojo, antiverde…). Los quarks y antiquarks se agrupan de forma que la suma de cargas da blanco (r+v+a) o “no color” (un color y su anticolor). Cualquier otra combinación está prohibida.

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Este es el motivo por el que hasta ahora solo se conocen agrupaciones de bariones (3 quarks o antiquarks) o mesones (2 quarks o antiquarks). Sin embargo, la existencia de partículas más complejas formadas por 5 quarks manteniendo estas reglas de color fue postulada hace casi 50 años. Ahora el grupo de investigación encargado de analizar los datos del experimento LHCb ha publicado un artículo en el que afirman haber encontrado estas esquivas partículas.

Pentaquark, 5 quarks… pero hay más

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Los pentaquarks, como podéis imaginaros leyendo la parte anterior, es una combinación de un mesón y un barion. La gran duda que queda ahora por resolver es si esta combinación de quarks se produce como una sola partícula, el pentaquark, o si los pentaquark son en realidad una combinación de un mesón y un barión ligados, como están ligados un electrón y el núcleo en el átomo. Para eso hacen falta más datos y más información experimental sobre estas partículas.

No debemos olvidar tampoco que no es la primera vez que se anuncia el descubrimiento de pentaquarks. En 2003 el grupo de análisis del LEPS anunciaron haber descubierto estas partículas, pero los resultados no fueron concluyentes, pues nadie más pudo reproducir sus resultados. Otras colaboraciones diferentes también anunciaron el descubrimiento de pentaquarks, pero un análisis estadístico pobre hizo que no se considerara un descubrimiento y que se quedara en el limbo que separa los pentaquarks de las fluctuaciones estadísticas.

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Este reciente descubrimiento es muy interesante por varios motivos. Los pentaquarks eran una predicción exótica del modelo estándar de partículas, que una vez más demuestra ser extremadamente preciso. Además de eso, este descubrimiento pone de manifiesto la