Artículo publicado por Rhianna Wisniewski el 20 de julio de 2011 en Symmetry Breaking
Científicos de la colaboración CDF del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía anunciaron la observación de una nueva partícula, el neutro Xi-sub-b (Ξb0). Esta partícula contenía tres quarks: Un quark strange, un quark up y uno bottom(s-u-b-) Aunque su existencia se predice en el Modelo Estándar, la observación del neutro Xi-sub-b es significativo debido a que refuerza nuestra comprensión de cómo los quarks forman la materia. El físico de Fermilab, Pat Lukens, miembro de la colaboración CDF, presentó el descubrimiento en el Fermilab el miércoles 20 de julio.
Sala de control de CDF © Crédito solarnu
El neutro Xi-sub-b es la última entrada en la tabla periódica de bariones. Los bariones son partículas formadas por tres quarks, siendo los ejemplos más comunes el protón (dos quarks up y uno down) y el neutrón (dos quarks down y uno up). El neutro Xi-sub-b pertenece a la familia de los bariones bottom, que son aproximadamente seis veces más pesados que el protón y el neutrón debido a que contienen un quark bottom más pesado. Las partículas se producen sólo en colisiones de alta energía, y son raras y difíciles de observar.
Aunque el colisionador de partículas Tevatron del Fermilab no es una fábrica dedicada a la creación de quarks bottom, los sofisticados detectores de partículas y los billones de colisiones protón-antiprotón han creado un paraíso para el descubrimiento y estudio de casi todos los bariones bottom conocidos. Los experimentos del Tevatron descubrieron los bariones Sigma-sub-b (Σb y Σb*) en 2006, observaron el barión Xi-b-menos (Ξb-) en 2007, y encontraron el Omega-sub-b (Ωb-) en 2009. El barión bottom más ligero, el Lambda-sub-b (Λb), se descubrió en el CERN. Medir las propiedades de todas estas partículas permite a los científicos poner a prueba y mejorar los modelos de cómo interactúan los quarks a distancias cortas a través de la fuerza nuclear fuerte, como se explica en la teoría de la cromodinámica cuántica (QCD). Los científicos del Fermilab y otros laboratorios nacionales del Departamento de Energía usan potentes ordenadores para simular las interacciones de quarks y comprender las propiedades de las partículas formadas por quarks.
Una vez producidos, los neutros Xi-sub-b viajan una fracción de milímetro antes de decaer en partículas más ligeras. Estas partículas decaen de nuevo en partículas aún más ligeras. Los físicos dependen de los detalles de esta serie de decaimientos para identificar las partículas iniciales. El complejo patrón de decaimiento del neutro Xi-sub-b ha hecho la observación de esta partícula significativamente más complicada que la de su hermano cargado (Ξb-). Filtrando casi 500 billones de colisiones protón-antiprotón producidas en el colisionador de partículas Tevatron del Fermilab, la colaboración CDF aisló 25 ejemplos en los que las partículas que surgen de una colisión revelaron una firma distintiva del neutro Xi-sub-b. El análisis estableció el descubrimiento en un nivel de 7 sigma. Los científicos consideran 5 sigma el umbral para los descubrimientos.
CDF también re-observó la versión cargada ya conocida del neutro Xi-sub-b en un decaimiento nunca observado antes, que sirvió como chequeo cruzado independiente del análisis. Las muestras de datos recién analizados ofrecen posibilidades de nuevos descubrimientos.
La colaboración CDF envió un artículo que resume los detalles de su descubrimiento Xi-sub-b a la revista Physical Review Letters. Está disponible en el servidor de arXiv desde el 20 de julio de 2011.
CDF es un experimento internacional de aproximadamente 500 físicos de 58 instituciones en 15 países. Está patrocinada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, la Fundación Nacional de Ciencia y un número de agencias internacionales de patrocinio.
Fermilab es un laboratorio nacional patrocinado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos, gestionado bajo contrato por la Alianza de Investigación Fermi, LLC.
Autor: Rhianna Wisniewski
Fecha Original: 20 de julio de 2011
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