Un equipo de investigadores del MIT ha detectado por primera vez una partícula misteriosa, la cual se cree que existió brevemente justo después del Big Bang. Los físicos lograron extraer 100 de las exóticas partículas X en el Gran Colisionador de Hadrones al colisionar iones de plomo. La investigación ha sido publicada en Physical Review Letters.

Momentos después del Big Bang, el universo primitivo no estaba hecho de las mismas cosas que vemos hoy. Durante unas pocas millonésimas de segundo, estuvo lleno de plasma sobrecalentado a billones de grados, que consiste en partículas elementales llamadas quarks y gluones. Ese es el plasma de quarks y gluones.

Luego, el plasma se enfrió y las partículas se unieron para formar los protones y neutrones de los que se construye la materia normal. Pero en ese brevísimo lapso de tiempo, las partículas en el plasma de quarks y gluones chocaron, se unieron y se separaron nuevamente en diferentes configuraciones.

La partícula X

Una de esas configuraciones es una partícula tan misteriosa que ni siquiera sabemos cómo se ensambla. Esta es la partícula X, y solo ha sido vista muy rara y brevemente en colisionadores de partículas, demasiado rápido para ser probada.

Sin embargo, en teoría, las partículas X podrían aparecer en los pequeños destellos de plasma de quarks y gluones que los físicos han estado creando en los aceleradores de partículas. Esto nos brindaría una mejor oportunidad para entenderlos.

Durante la ejecución del Gran Colisionador de Hadrones de 2018, los átomos de plomo cargados positivamente chocaron entre sí a altas velocidades. Cada una de estas 13 mil millones de colisiones aproximadamente produjo una lluvia de decenas de miles de partículas. Demasiada información para examinar.

“Teóricamente hablando, hay tantos quarks y gluones en el plasma que la producción de partículas X debería mejorarse. Pero la gente pensó que sería demasiado difícil buscarlos porque hay muchas otras partículas producidas en esta sopa de quarks”, señala el físico Yen-Jie Lee del MIT.

La detección

Aunque las partículas X tienen una vida muy corta, cuando se desintegran, producen una lluvia de partículas de menor masa. Para agilizar el proceso de análisis de datos, el equipo desarrolló un algoritmo para reconocer los patrones característicos de la descomposición de partículas X. Luego introdujeron los datos del LHC de 2018 en su software.

El algoritmo identificó una señal en una masa específica que indicaba la presencia de alrededor de 100 partículas X en los datos. Este es un excelente comienzo. “Es casi impensable que podamos extraer estas 100 partículas de este enorme conjunto de datos”, dijo Lee.

En este punto, los datos son insuficientes para aprender más sobre la estructura de la partícula X, pero el descubrimiento podría acercarnos a eso. Ahora que sabemos cómo encontrar la firma de la partícula X, descubrirla en conjuntos de datos futuros debería ser mucho más fácil. A su vez, cuantos más datos tengamos disponibles, más fácil será darles sentido.

Los protones y neutrones están formados cada uno por tres quarks. Los físicos creen que las partículas X pueden estar formadas por cuatro. Ya sea por una partícula exótica y estrechamente unida conocida como tetraquark, o un nuevo tipo de partícula débilmente unida formada por dos mesones, cada uno de los cuales contiene dos quarks.

Si es lo primero, debido a que está más unido, se descompondrá más lentamente que lo segundo. Realizar más estudios y descifrarlo ampliará nuestra visión de los tipos de partículas que se produjeron abundantemente en el universo primitivo.