Después de décadas de hurgar en las matemáticas detrás del pegamento que mantiene juntas las entrañas de toda la materia, los físicos han encontrado una extraña partícula hipotética, una que nunca ha aparecido en ningún experimento. Llamado sexaquark, el bicho raro se compone de un arreglo funky de seis quarks de varios sabores.
Además de ser un personaje que suena genial, el sexaquark podría explicar el misterio enloquecedor de la materia oscura. Y los físicos han descubierto que si el sexaquark tiene una masa particular, la partícula podría vivir para siempre.
Quarks de la naturaleza
Casi todo lo que sabes y amas está hecho de pequeñas partículas conocidas como quarks. Hay seis de ellos, dados los nombres, por varias razones nerd, de arriba, abajo, arriba, abajo, extraño y encanto. Las variedades de arriba y abajo son las más ligeras del grupo, lo que las convierte en las más comunes. (En física de partículas, cuanto más pesado sea, más probabilidades tendrá de descomponerse en cosas más pequeñas y estables).
Los protones y neutrones dentro de su cuerpo están compuestos por tríos de quarks; dos subidas y bajadas forman un protón, y dos bajas y una subida forman un neutrón. De hecho, debido a la naturaleza complicada de la fuerza fuerte, los quarks realmente disfrutan pasar el tiempo en grupos de tres, y esa es también, con mucho, la configuración más estable y más común.
Ocasionalmente en nuestros colisionadores de partículas, creamos partículas que consisten cada una en un par de quarks; Estos conglomerados son inestables y se descomponen rápidamente en otra cosa. A veces, cuando nos esforzamos mucho, podemos unir cinco quarks y hacer que jueguen bien unos con otros, brevemente, antes de que ellos también se descompongan en otra cosa.
Y hasta la fecha, esas son todas las combinaciones de quarks que hemos podido fabricar.
Sin embargo, puede haber algo más extraño.
La fragua de los elementos.
Después de décadas de hurgar en los rincones matemáticos de la fuerza nuclear fuerte, los físicos encontraron una extraña combinación que aún no ha aparecido en nuestros experimentos: una disposición de seis quarks, que consta de dos altibajos, dos descensos y dos extraños: el sexaquark.
Las teorías no predicen una masa para el sexaquark; este valor dependería de la disposición precisa y la interacción de los quarks individuales dentro de esa partícula, por lo que depende de los físicos experimentales averiguarlo. ¿Y en cuanto a la estabilidad del sexaquark? Los cálculos sugieren que si su masa cae por debajo de un cierto umbral, sería absolutamente estable para siempre, lo que significa que nunca se descompondrá. Y si la masa es un poco más grande que eso, pero aún está por debajo de cierto umbral, entonces la partícula se descompondrá, pero en escalas de tiempo tan largas que bien podría ser estable para siempre.
Entonces, si es estable, ¿por qué nunca lo hemos visto?
Curiosamente, el rango de masas estables para el sexaquark cae por debajo del umbral de lo que pueden crear muchos experimentos de colisionadores de partículas; Estas herramientas fueron diseñadas para estudiar partículas mucho más raras, mucho más pesadas y mucho más fugaces. En otras palabras, el sexaquark puede estar escondido a la vista, simplemente volando bajo el radar todos estos años.
Pero los colisionadores de partículas no son el único lugar para hacer sexaquarks. Los primeros momentos del Big Bang fueron un frenético semillero de energías nucleares, con temperaturas y presiones lo suficientemente altas como para sacar helio e hidrógeno de una sopa cruda de quarks. Y esa fragua también puede haber inundado nuestro cosmos con sexaquarks, junto con todos los personajes subatómicos más familiares.
Los cálculos preliminares sugieren que si el sexaquark es algo real dentro del rango correcto de masas, podría haberse producido en una abundancia ridícula en el universo primitivo. Y podría haber sobrevivido a ese infierno juvenil. De hecho, los sexaquarks pueden seguir existiendo, sin interactuar realmente con nada, sin descomponerse en otra cosa, simplemente existiendo, creando tirones gravitacionales adicionales donde sea que se acumulen, debido a su masa.
¿Una partícula invisible que inunda el universo y que interactúa solo a través de la gravedad? Bingo. Eso es materia oscura.
Una luz en la oscuridad
Para que el sexaquark forme materia oscura, tiene que existir. Eso es actualmente un tema de debate, porque el objeto nunca ha sido visto en un experimento de colisionador de partículas. Pero como vimos anteriormente, la masa relativamente ligera del sexaquark puede significar que ha podido pasar desapercibida, simplemente porque no la hemos estado buscando.
Pero eso está empezando a cambiar. El detector BaBar del Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC en California es realmente bueno para producir muchas combinaciones de quarks, incluidos algunos realmente pesados que se descomponen en arreglos más estables y más razonables. BaBar también debería producir una excelente cosecha de sexaquarks, si existen.
Un artículo publicado el 2 de enero en la base de datos de arXiv informó el último resultado: no hay signos del sexaquark. Pero ese hallazgo es seguro a un nivel de confianza de solo el 90%. Eso significa que si las combinaciones de quarks más masivas y menos estables se descomponen en sexaquarks estables, lo hacen muy raramente, a una tasa de solo 1 descomposición por cada 10 millones.
¿Esto descarta el sexquark como candidato a la materia oscura? No exactamente. Podría ser que las condiciones del universo primitivo permitieran que se hicieran suficientes sexaquarks para que pudieran dar cuenta de la cantidad de materia oscura que estimamos que está en el universo. Pero el nuevo resultado dificulta el uso del sexaquark para explicar la materia oscura.
Buen intento, sexaquark, pero sin cigarro, al menos, todavía no.
Paul M. Sutter es astrofísico enSOL Stony Brook y el Instituto Flatiron, anfitrión dePregúntale a un astronauta yRadio espacialy autor deTu lugar en el universo.
