Dos supercomputadoras predicen una partícula exótica de seis quarks

 

Los quarks son los bloques de construcción fundamentales de la materia. Los núcleos de los átomos están formados por protones y neutrones, que a su vez están formados por tres quarks cada uno. Las partículas que constan de tres quarks se conocen colectivamente como bariones.

 

Los científicos han reflexionado durante mucho tiempo sobre la existencia de sistemas que contienen dos bariones, que se conocen como dibariones. Solo existe un dibarión en la naturaleza: el deuterón, un núcleo de hidrógeno formado por un protón y un neutrón que están muy ligeramente unidos entre sí. En experimentos de física nuclear se han captado destellos de otros dibariones, pero tuvieron existencias muy fugaces.

 

"Aunque el deuterón es el único dibarión estable conocido, pueden existir muchos más", dice en un comunicado Takuya Sugiura del Programa Interdisciplinario de Ciencias Matemáticas y Teóricas de RIKEN. "Es importante estudiar qué pares de bariones forman dibariones y cuáles no porque esto proporciona información valiosa sobre cómo los quarks forman la materia".

 

La cromodinámica cuántica es una teoría de gran éxito que describe cómo los quarks interactúan entre sí. Pero el fuerte acoplamiento que se produce entre quarks en bariones complica los cálculos de la cromodinámica cuántica. Los cálculos se vuelven aún más complejos cuando se consideran estados ligados de bariones como los dibariones.

 

Ahora, al calcular la fuerza que actúa entre dos bariones, cada uno de los cuales contiene tres quarks encantadores (uno de los seis tipos de quarks), Sugiura y sus compañeros de trabajo han predicho la existencia de un dibarión al que llamaron di-Omega encanto.

 

Para este cálculo, el equipo resolvió la cromodinámica cuántica con cálculos numéricos a gran escala. Dado que los cálculos involucraron una gran cantidad de variables, utilizaron dos supercomputadoras poderosas: la computadora K y la supercomputadora HOKUSAI. "Fuimos extremadamente afortunados de haber tenido acceso a las supercomputadoras, lo que redujo drásticamente el costo y el tiempo para realizar los cálculos", dice Sugiura. "Pero todavía nos tomó varios años predecir la existencia del encanto di-Omega".

 

A pesar de la complejidad de los cálculos, el encanto di-Omega es el sistema más simple para estudiar interacciones entre bariones. Sugiura y su equipo ahora están estudiando otros hadrones encantados usando la supercomputadora Fugaku, que es la sucesora más poderosa de la computadora K. "Estamos especialmente interesados en las interacciones entre otras partículas que contienen quarks encantados", dice Sugiura. "Esperamos arrojar luz sobre el misterio de cómo los quarks se combinan para formar partículas y qué tipo de partículas pueden existir".

 

La investigación fue publicada en Physical Review Letters.