Todo lo que nos rodea tiene masa, pero su origen sigue siendo una de las mayores preguntas sin respuesta de la física. Según la teoría moderna, la masa no proviene únicamente de la materia. Más bien, está ligado a la naturaleza del vacío, que no es un espacio vacío sino un entorno dinámico con una estructura compleja. El estudio de sistemas de partículas especiales puede ayudar a los científicos a comprender mejor esta estructura oculta y cómo se forma la masa.
Un enfoque prometedor implica mesones, partículas formadas por un quark y un antiquark, unidas en un núcleo atómico. Esta combinación se conoce como núcleo mésico. Al examinar estos sistemas, los investigadores pueden investigar los procesos que forman el vacío y dan masa a las partículas. Ahora, nuevos resultados experimentales han acercado a los científicos a ese objetivo al revelar evidencia de un tipo completamente nuevo de núcleo mésico.
Evidencia de un estado de partícula raro y exótico
Un equipo internacional de investigadores ha informado sobre signos de una condición nunca antes vista pero teóricamente predicha llamada núcleos η′-mésicos. Sus resultados, que aparecerán en Physical Review Letters, indican la posible existencia de este inusual sistema de unión.
En determinadas condiciones, las partículas de vida corta conocidas como mesones, que existen durante menos de diezmillonésimas de segundo, pueden quedar atrapadas temporalmente dentro de un núcleo atómico. Cuando esto sucede, forman un estado raro y exótico. El estudio de estos núcleos mésicos puede ayudar a los científicos a comprender cómo se comporta la fuerza nuclear fuerte y cómo cambia el vacío en ambientes extremadamente densos.
“Una partícula de particular interés es el mesón η′”, dijo el autor principal Kenta Itahashi. “Es inusualmente pesado en comparación con partículas relacionadas, y los físicos esperan que su masa cambie si existe dentro de la materia nuclear. La observación de este fenómeno proporcionará información valiosa sobre cómo se forma la masa de las partículas en el universo”.
Experimentos de alta precisión dentro de un acelerador de partículas
Para buscar núcleos η′-mésicos, el equipo llevó a cabo un experimento de alta precisión en el GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung en Alemania.
Los investigadores dirigieron un haz de protones de alta energía hacia un objetivo de carbono. Este proceso excita el núcleo de carbono y produce mesones η′, que en algunos casos se unen al núcleo. Para estudiar estas interacciones, el equipo midió la energía de excitación de los núcleos de carbono analizando los deuterones (los núcleos atómicos más simples compuestos por un protón y un neutrón) que se emitieron durante la reacción. Estas mediciones se realizaron utilizando un espectrómetro de alta resolución llamado separador de fragmentos (FRS).
La prueba también se basó en un detector especial conocido como WASA, desarrollado originalmente en Uppsala, Suecia. Este instrumento permite a los científicos detectar protones de alta energía que abandonan el objetivo y detectar señales que indican la creación y captura de un mesón η′ dentro del núcleo. Estas señales, conocidas como firmas de desintegración, eran importantes para detectar condiciones externas.
“Con nuestra nueva configuración experimental que combina FRS y WASA, podemos identificar estructuras en los datos que coinciden con la firma teórica de los núcleos η′-mésicos”, explica el autor principal, Ryohei Sekiya. “Nuestro análisis sugiere que estos estados vinculados efectivamente se formaron”.
Lo que revelan los resultados sobre la masa
Los espectros de excitación de los núcleos de carbono medidos experimentalmente muestran patrones consistentes con la formación de núcleos η′-mésicos. Los resultados también sugieren que la masa del mesón η′ puede disminuir cuando está dentro de materia nuclear. Este hallazgo respalda las predicciones teóricas y proporciona una visión experimental poco común sobre cómo las propiedades de las partículas pueden cambiar en condiciones extremas.
“Nuestras mediciones proporcionan nuevas pistas importantes sobre cómo se comportan los mesones en la materia nuclear”, dijo Itahashi. “Esto nos acerca a responder preguntas profundas y fundamentales sobre cómo la materia adquiere masa, así como cómo cambia la estructura del vacío dentro del núcleo atómico”.
¿Qué viene después?
El equipo planea realizar más experimentos para mejorar la precisión de las mediciones y buscar señales de desintegración adicionales que puedan confirmar la existencia de núcleos η′-mésicos. Cada nuevo resultado ayudará a perfeccionar nuestra comprensión de las leyes fundamentales que gobiernan la materia y el universo.
Se publicó el artículo “Espectros de excitación de reacciones de 12C (p, d) cerca del umbral de emisión del mesón η’ medidos coincidentemente con protones de alta velocidad”. carta de revisión física.
