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Investigación en física de partículas | ¿Qué son los quarks?

octubre 11, 2021

Qwerty123uiop Wikimedia Commons

  • Los quarks son partículas elementales, sin subestructura. Comprenderlos es fundamental para aprender cómo funciona la física en los niveles más pequeños.
  • Al estudiar las colisiones de partículas increíblemente pequeñas compuestas por quarks conocidos como partículas J / psi, los científicos pudieron comprender mejor la materia en su naturaleza fundamental.
  • Al medir las partículas de J / psi, los científicos del estado de Florida encontraron resultados que contradecían estudios anteriores en el CERN.

    Los quarks son una de las partes fundamentales de toda la materia. Son partículas que se combinan para formar lo que se conoce como hadrones, algunos de los cuales son protones y neutrones, los componentes básicos de los núcleos atómicos. Al estudiar los fotones para comprender mejor los quarks, los científicos de la Universidad Estatal de Florida han realizado las primeras mediciones de una partícula subatómica conocida como partícula J / psi, que se crea a partir de la energía en las colisiones fotón-protón.

    Algunos antecedentes rápidos: tanto los quarks como los fotones son partículas elementales, lo que significa que son partículas subatómicas. Por lo tanto, ellos mismos no tienen ninguna subestructura; simplemente … existen. Mientras tanto, los protones son partículas compuestas, lo que significa que están compuestas por dos o más partículas elementales. Entonces, los científicos querían hacer que los fotones chocaran con una partícula compuesta como un protón para aprender cómo funcionan las partículas.

    «Es realmente genial de ver», dice el profesor asistente de física Sean Dobbs en un comunicado de prensa. «Esto está abriendo una nueva frontera de la física».

    Dobbs compara los experimentos de su equipo con un accidente automovilístico extremadamente pequeño. Para crear su accidente, utilizaron el espectrómetro GlueX en la instalación del acelerador nacional Thomas Jefferson en Virginia. El equipo lanzó un haz de fotones al espectrómetro, y el haz pasó a través de un bote de hidrógeno líquido y reaccionó con protones en el núcleo de los átomos de hidrógeno del bote.

    Si bien los científicos no pudieron capturar estas pequeñas reacciones y colisiones a medida que sucedían, trabajaron al revés. Establecieron lo que sucedió cuando el rayo atravesó el recipiente, con aproximadamente de uno a dos millones de gigabytes de datos por año para ayudarlos.

    La partícula J / psi, descubierta por primera vez de forma independiente por dos grupos separados en 1974, está formada por un par de quarks: un quark encanto y un quark anti-encanto. Hay seis tipos de quarks. Los más comunes se conocen como quarks «arriba» y «abajo», que forman protones y neutrones. Los quarks de encanto son (comparativamente) más pesados ​​que estos, y solo tienen una vida útil breve antes de descomponerse en partículas más convencionales. La partícula J / psi fue la primera oportunidad para demostrar que el llamado «modelo de quarks» describía con precisión la naturaleza.

    Al estudiar la partícula J / psi en estas colisiones, el equipo pudo observar la producción de otras partículas subatómicas que contienen quarks encantadores. Encontraron más partículas de J / psi de las que esperaban.

    Eso significa que la estructura gluónica (los gluones que pueden producir protones) es un gran contribuyente a la masa de la estructura de protones. De hecho, según los científicos, los gluones contribuyen directamente con más del 80 por ciento de la masa de los protones estudiados. Comprender cómo los gluones contribuyen a los protones les da a los científicos una imagen más clara de la naturaleza fundamental de la materia.

    Los hallazgos desafían otros estudios del colisionador CERN en Suiza a principios de este año, que detectaron partículas de corta duración conocidas como pentaquarks que el equipo de FSU no encontró. La física de partículas es un asunto complejo, pero en medio del accidente automovilístico de fotones, gluones y quarks, los científicos se acercan a comprender la complejidad de la existencia.

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