La col·laboració internacional que opera l'experiment ATLAS en el Gran Colisionador d'Hadrons (LHC) del CERN ha informat de l'observació del toponium, una unió de les partícules elementals més pesades o ‘quark top’. Durant dècades es va pensar que este estat era impossible de detectar. Un grup de l'Institut de Física Corpuscular (IFIC), que es localitza en el Parc Científic UV, ha jugat un paper important en la detecció d'este nou sistema quàntic
La col·laboració internacional que opera l'experiment ATLAS en el Gran Colisionador d'Hadrons (LHC) del CERN va informar a principis de juliol de l'observació del toponium, una unió de les partícules elementals més pesades, el quark top. En física, és el que es coneix com un ‘estat quasi lligat’, una unió temporal entre partícules que és inestable i s'acaba desintegrant. Durant dècades es va pensar que este estat era impossible de detectar. Ara, l'experiment ATLAS confirma l'observació del toponium realitzada per l'experiment CMS també en el LHC. Un grup de l'Institut de Física Corpuscular (IFIC), situat en l'àrea científic-acadèmica del Parc Científic de la Universitat de València (PCUV) i centre mixt del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat de València (UV), ha jugat un paper important en la detecció d'este nou sistema quàntic.
Tot el que veiem en l'univers, inclosos nosaltres mateixos, està format per quarks. Entre ells, el quark top és, per naturalesa, una partícula solitària. A diferència d'altres quarks, que poden combinar-se per a formar hadrons (com els protons que formen el nucli de l'àtom), el quark top es desintegra quasi instantàniament, sense temps per a formar estats lligats. En física, un estat lligat és aquell on una partícula està atrapada en una regió de l'espai amb altres partícules perquè no té suficient energia per a escapar. És estable, a diferència de l'estat quasi lligat, on la partícula pot escapar i és temporal i inestable. La mecànica quàntica, la física que explica el comportament d'àtoms i partícules, permet que, en condicions excepcionals, un quark top i la seua antipartícula, un antiquark top, sobrevisquen el temps suficient com per a interactuar i formar el toponium, un estat quasi lligat de vida extremadament breu. No obstant això, durant dècades s'havia considerat pràcticament impossible de detectar en el LHC, el major accelerador de partícules del món on els científics fan xocar protons a velocitats pròximes a la llum per a recrear les condicions en les quals va sorgir l'univers.
Nou estat quàntic quasi lligat
Fa un temps, en un dels grans experiments del LHC anomenat CMS es va observar una cosa inusual amb les dades registrades entre 2016 i 2018: un excés de parells de quark i antiquark top (la seua antipartícula, idèntica en tot excepte en la seua càrrega elèctrica). Encara que este tipus d'excés pot interpretar-se com un senyal de noves partícules, la localització exacta del fenomen va portar a l'equip a considerar una possibilitat distinta: la formació del toponium. El passat 8 de juliol, la col·laboració ATLAS, on participen més de 5.000 científics i tècnics de tot el món, va anunciar de manera independent a CMS l'observació del mateix fenomen, analitzant dades preses entre 2015 i 2018. Els resultats estan en estret acord amb els resultats obtinguts per la col·laboració CMS, reforçant la interpretació de què es tracta d'un nou estat quàntic quasi lligat anomenat toponium.
“Durant anys es creia que un estat lligat com el toponium seria indetectable, ja que els efectes d'esta unió eren massa subtils. Però les anàlisis d'ATLES i CMS demostren que el LHC ha sigut capaç de detectar esta efímera unió entre un quark top i un antiquark top, la qual cosa resultaria en este nou estat quasi lligat que ja es va predir en 1990, fins i tot abans del descobriment del quark top”, Marcel Vós, investigador de l'IFIC
Participació de l'IFIC
L'Institut de Física Corpuscular participa des dels seus inicis en l'experiment ATLAS del LHC i ha tingut una presència destacada en el grup de física del quark top. L'investigador del CSIC en l'IFIC Marcel Vós ha contribuït al procés de revisió d'este resultat. Vós també coordina el LHC Top Working Group, l'equip encarregat de tots els resultats relacionats amb el quark top en el LHC.
“Des de la detecció del quark top en 1995, la producció i propietats d'esta partícula i la seua antipartícula s'han estudiat amb molt de detall”, explica Marcel Vós. “Durant anys es creia que un estat lligat com el toponium seria indetectable, ja que els efectes d'esta unió eren massa subtils. Però les anàlisis d'ATLAS i CMS demostren que el LHC ha sigut capaç de detectar esta efímera unió entre un quark top i un antiquark top, la qual cosa resultaria en este nou estat quasi lligat que ja es va predir en 1990, fins i tot abans del descobriment del quark top”, afirma el científic del PCUV.
Malgrat l'evidència clara de trobara davant un fenomen inesperat, l'origen últim de toponium encara ha d'esclarir-se. Una possible explicació alternativa seria l'existència d'una nova partícula amb una massa pròxima al doble de la del quark top. Estos resultats mostren que encara queda molt per explorar en el Model Estàndard de la física de partícules, la teoria que millor descriu l'univers visible. Si l'observació del toponium es confirma, la troballa marcarà una nova fita en la nostra comprensió dels constituents més fonamentals de l'univers.
No et perdes l'entrevista a Marcel Vós (IFIC) en la nostra secció EuroPark
Font: UV Notícies
Entrades recents