El CERN observa el exótico toponium, un estado cuántico fugaz

Dos experimentos en el CERN logran observar el toponium, una breve y rara unión entre quarks top y antitop, que hasta ahora se creía imposible de detectar.

​Dos experimentos en el CERN logran observar el toponium, una breve y rara unión entre quarks top y antitop, que hasta ahora se creía imposible de detectar.  

Dos experimentos independientes del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, el CMS y el ATLAS, han logrado observar un fenómeno cuántico extraordinariamente esquivo: el toponium, un estado transitorio entre un quark top y su antipartícula, informa un comunicado del CERN.

Este descubrimiento representa un avance clave en física de partículas. Hasta ahora, la existencia del toponium era solo teórica, dado lo breve de su duración y la dificultad para detectarlo entre millones de colisiones.

“Durante mucho tiempo se consideró inviable medir experimentalmente este sutil efecto en el LHC… esta suposición mantenida durante mucho tiempo está siendo desmentida”, explica Stéphane Willocq, portavoz del experimento ATLAS.

¿Qué es el toponium?

El toponium no es una partícula estable, sino una resonancia cuántica: un fenómeno efímero que se forma cuando un quark top y un antitop se unen brevemente antes de desintegrarse.

Su existencia dura solo 2.3 x 10⁻²⁵ segundos, lo que lo convierte en uno de los estados más cortos jamás observados: “Si lo escribimos como número decimal, habría 24 ceros tras el punto”, afirma Juan Antonio Aguilar Saavedra, físico del CSIC, en un artículo para The Conversation.

Aguilar Saavedra declara además que el toponium es “370 veces más pesado que un protón” y su tamaño es 60 veces menor, lo que lo convierte también en uno de los objetos más densos y pequeños jamás detectados.

Quark top, una partícula extrema

Descubierto en 1995, el quark top es la partícula elemental más masiva conocida: pesa unas 184 veces más que un protón. También tiene una vida extremadamente breve, lo que dificulta que forme estructuras o se ligue a otras partículas.

Sin embargo, en condiciones específicas dentro del LHC, puede formarse una partícula antiquark -o antitop- con la que podría interactuar durante una fracción de segundo, generando el toponium.

“Si se produce una pareja de quarks top y antitop con velocidad relativa suficientemente baja, los dos quarks podrían interactuar, intercambiando gluones (partículas mediadoras). Precisamente, este intercambio da lugar a la formación del toponium”, señaló Aguilar Saavedra.

Detectar lo imposible: una aguja en un pajar

El académico comenta que poder llegar a detectar la formación de toponium en el LHC requiere de una proeza técnica. “Observar el toponium es como buscar una aguja en un pajar de millones de parejas top-antitop producidas”, explica Aguilar Saavedra.

No obstante, los experimentos ATLAS y CMS lograron identificar patrones que coinciden con las predicciones teóricas de este estado.

Este hallazgo demuestra que incluso fenómenos extremadamente sutiles pueden ser detectados con precisión cuando se combina una gran cantidad de datos con técnicas avanzadas de análisis.

El futuro del toponium

Aunque se ha confirmado su existencia, aún se necesita más análisis teórico para entender a fondo la naturaleza del toponium. El hallazgo podría ser clave para estudiar cómo actúa la fuerza nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo.

“Las mediciones de alta precisión pueden revelar fenómenos notablemente sutiles que profundizan nuestra comprensión de la naturaleza”, dice en el informe Joachim Mnich, director de Investigación y Computación del CERN.

“Esperamos con impaciencia nuevas y enriquecedoras interacciones con nuestros colegas teóricos para poder aprender más sobre este fascinante” descubrimiento, concluye el portavoz del CMS, Gautier Hamel de Monchenault.

Editado por José Urrejola, con información de The Conversation y CERN.

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