Ver el código de «Pentaquark»

{{multiple image|image1=Pentaquark-generic.svg|image2=Meson-Baryon-molecule-generic.svg|header=Dos modelos de un pentaquark genérico|caption1=Una "bolsa" de 5 quarks|caption2=Modelo "mesón+barión"|footer=''q'' denota un [[quark]], mientras que {{overline|''q''}} designa un [[antiquark]]. Las líneas onduladas representan [[gluones]], que establecen la [[interacción nuclear fuerte]] entre quarks. Los colores hacen referencia a la [[carga de color]] de los quarks. Tanto rojo como azul como verde deben estar presentes en sendos quarks, mientras que el quark restante puede adoptar cualquiera de ellos, correspondiéndole al antiquark su anticolor. En este caso, se han coloreado de azul y "antiazul" (representado como amarillo).}}

Un '''pentaquark''' es una [[partícula subatómica]] <!-- NO RETIRAR LA PALABRA HIPOTÉTICA HASTA QUE LAS DECLARACIONES DEL LHCb PASEN LA REVISIÓN POR PARES-->hipotética<!-- NO RETIRAR LA PALABRA HIPOTÉTICA HASTA QUE LAS DECLARACIONES DEL LHCb PASEN LA REVISIÓN POR PARES--> compuesta por un grupo de cinco, cuatro [[quarks]] y un [[antiquark]] [[Partícula compuesta|ligados juntos]], por lo que es rara respecto a los tres quarks normales de los [[barión|bariones]] y a los dos de los [[mesón|mesones]].
 
Más precisamente, un pentaquark está compuesto por cuatro quarks en parejas llamadas [[diquark]] y de un [[antiquark]]. Cada quark tienen un número de barión de +1⁄3, y los antiquarks de −1⁄3. Por esto tiene un [[número bariónico]] próximo a 1 = (4 × 1/3 - 1/3) representado por Θ. En resumen, el pentaquark tendría un [[número bariónico]] total de 1, y así sería un [[barión]]

Más aún, porque tiene cinco quarks en vez de los habituales tres encontrados en bariones regulares (también conocidos 'triquarks'), es clasificado como un [[barión exótico]], nueva clasificación destinada a contener a los pentaquarks y a otras posibles partículas. El nombre pentaquark fue acuñado por [[Harry J. Lipkin]] en 1987,<ref name="Lipkin1987">
{{cite journal
 |author=H. J. Lipkin
 |year=1987
 |title=New possibilities for exotic hadrons — anticharmed strange baryons
 |journal=[[Physics Letters B]]
 |volume=195 |issue=3 |pages=484–488
 |bibcode= 1987PhLB..195..484L
 |doi=10.1016/0370-2693(87)90055-4
}}</ref> a pesar de que la posibilidad de partículas de cinco quarks fue postulada tan temprano como en 1964 cuándo [[Murray Gell-Mann]] postuló por primera vez la [[Modelo de quarks|existencia de quarks]].<ref name="LHCb-public">{{cite web
 |date=14 de julio de 2015
 |title=Observation of particles composed of five quarks, pentaquark-charmonium states, seen in {{nowrap|Λ{{su|p=0|b=b}}→J/ψpK<sup>−</sup>}} decays
 |url=http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/Welcome.html#Penta
 |publisher=[[CERN]]/[[LHCb]]
 |accessdate=14 de julio de 2015
}}</ref> A pesar de que fue pronosticado por décadas, los pentaquarks han probado ser sorprendentemente difíciles de descubrir y algunos físicos empezaban para sospechar que una ley desconocida de la naturaleza impedía su producción.<ref name="NewScientist2003">
{{cite web
 |author=H. Muir
 |date=2 de julio de 2003
 |title=Pentaquark discovery confounds sceptics
 |url=http://www.newscientist.com/article/dn3903-pentaquark-discovery-confounds-sceptics.html
 |work=[[New Scientist]]
 |accessdate=8 de enero de 2010
}}</ref>

Fuera de los laboratorios de [[física]] de partículas, los pentaquarks también podrían ser producidos naturalmente por [[supernovas]] como parte del proceso de formar una [[estrella de neutrones]].<ref name="Guardian">
{{cite web
 |author=I. Sample
 |date=14 de julio de 2015
 |title=Large Hadron Collider scientists discover new particles: pentaquarks
 |url=http://www.theguardian.com/science/2015/jul/14/large-hadron-collider-scientists-discover-new-particles-pentaquarks
 |work=[[The Guardian]]
 |accessdate=14 de julio de 2015
}}</ref> El estudio de los pentaquarks podría ofrecer ideas de cómo se forman estas estrellas, así como permitir a los científicos un mejor estudio de la [[fuerza fuerte]] y de las interacciones de partículas.

== Contexto ==
{{AP|Quark}}
Un [[quark]] es un tipo de [[partícula elemental]] que tiene [[masa]], [[carga eléctrica]] y [[carga de color]], así como una propiedad adicional llamada [[sabor]], el cual describe qué tipo de quark es (arriba, abajo, extraño, encanto, cima o fondo). Debido a un efecto conocido como [[confinamiento de color]], los quarks nunca son vistos en sí mismos. En cambio, forman [[partículas compuestas]] conocidas como [[hadrones]] de modo que sus cargas de color se anulan mutuamente. Los hadrones conformados por un quark y un [[antiquark]] son conocidos como [[meson]]es, mientras que aquellos compuestos de tres quarks son conocidos como [[barion]]es. Estos hadrones "regulares" están bien documentados y caracterizados, aun así, nada hay en teoría que impida a los quarks formar un [[hadron exótico]], como los [[tetraquark]]s con dos quarks y dos antiquarks o los pentaquarks con cuatro quarks y un antiquark.<ref name="NewScientist2003"/>

== Estructura ==
[[Archivo:Pentaquark.svg|miniaturadeimagen|derecha|Un esquema del tipo de pentaquark {{nowrap|P{{su|p=+|b=c}}}} posiblemente descubierto en julio de 2015, que muestra los sabores de cada quark y la configuración de color posible.|alt=five circles arranged clockwise: blue circle marked "c", yellow (antiblue) circle marked "c" with an overscore, green circle marked "u", blue circle marked "d", and red circle marked "u".]]

Una amplia variedad de pentaquarks es posible, con diferentes combinaciones de quarks que producen diferentes partículas . Para identificar qué quarks componen un pentaquark dado, los físicos utilizan la notación qqqq{{overline|q}}, donde q y {{overline|q}} respectivamente se refieren a cualquiera de los seis sabores posibles de quarks y antiquarks. Los símbolos u, d, s, c, b, y t representan los quarks [[quark arriba|arriba]], [[quark abajo|abajo]], [[quark extraño|extraño]], [[quark encanto|encanto]], [[quark fondo|fondo]] y [[quark cima|cima]] respectivamente, mientras los símbolos de {{overline|u}}, {{overline|d}}, {{overline|s}}, {{overline|c}}, {{overline|b}} y {{overline|t}} corresponden a los respectivos antiquarks. Para ejemplo un pentaquark hecho de dos quarks arriba, uno abajo, uno encanto, y un antiquark encanto sería denotado uudc{{overline|c}}.

Los quarks están [[Partícula compuesta|ligados juntos]] por la [[fuerza fuerte]], la cual actúa de tal manera que cancela las cargas de color dentro de la partícula. En un mesón, esto significa un quark es asociado con un antiquark con una carga de color opuesta – azul y antiazul, por ejemplo– mientras que en un barión, los tres quarks tienen entre todos ellos tres cargas de color – roja, azul y verde.{{refn|group=nb|Las cargas de color no se corresponden con colores físicos. Son etiquetas arbitrarias utilizadas para ayudar a los científicos a describir y visualizar las cargas de los quarks}} En un pentaquark, los colores también necesitan cancelarse recíprocamente y la única combinación factible es tener un quark con un color (p. ej. rojo), un quark con un segundo color (p. ej. verde), dos quarks con el tercer color (p. ej. azul), y un antiquark para contrarrestar el color de excedente (p. ej. antiazul).<ref name="HadronPhysics">
{{cite book
 |author=J. Pochodzalla
 |year=2005
 |chapter=Duets of strange quarks
 |title=Hadron Physics
 |page=268
 |isbn=161499014X
}}</ref>

El mecanismo de vinculación interno de los pentaquarks no está claro todavía. Pueden constar de cinco quarks estrechamente [[Partícula compuesta|ligados juntos]], pero es también posible que estén ligados más libremente y que consistan de un barión de tres quarks y un mesón de dos interactuando de forma relativamente débil entre sí, vía [[Fuerza nuclear|intercambio de piones]] (la misma fuerza que vincula a los [[Núcleo atómico|núcleos atómicos]]) en una "molécula mesón-barión".<ref name="NewScientist2015">
{{cite web
 |author=G. Amit
 |date=14 de julio de 2015
 |title=Pentaquark discovery at LHC shows long-sought new form of matter
 |url=https://www.newscientist.com/article/dn27892-pentaquark-discovery-at-lhc-shows-long-sought-new-form-of-matter/
 |work=[[New Scientist]]
 |accessdate=14 de julio de 2015
}}</ref><ref name="LHCb-public"/><ref name="Heavy Pentaquarks">
{{cite journal
 |author=T. D. Cohen, P. M. Hohler, R. F. Lebed
 |year=2005
 |title=On the Existence of Heavy Pentaquarks: The large ''N''<sub>c</sub> and Heavy Quark Limits and Beyond
 |journal=[[Physical Review D]]
 |volume=72 |issue=7 |pages=074010
 |arxiv=hep-ph/0508199
 |bibcode=2005PhRvD..72g4010C
 |doi=10.1103/PhysRevD.72.074010
}}</ref>

== Historia ==
=== Década de los 2000 ===
La existencia de los pentaquarks fue hipotetizada originariamente por [[Maxim Polyakov]], [[Dimitri Diakonov]] y [[Victor Petrov]] del [[Instituto de Física Nuclear de San Petersburgo]] en [[Rusia]] durante 1997 pero su teoría fue acogida con escepticismo.<ref name="Exotic anti-decuplet_1">
{{cite journal
 |author=D. Diakonov, V. Petrov, and M. Polyakov
 |year=1997
 |title=Exotic anti-decuplet of baryons: prediction from chiral solitons
 |journal=[[Zeitschrift für Physik A]]
 |volume=359 |issue=3 |pages=305
 |arxiv=hep-ph/9703373
 |bibcode=1997ZPhyA.359..305D
 |doi=10.1007/s002180050406
}}</ref>

El requisito de incluir un antiquark significa que muchas clases de pentaquark son difíciles de identificar experimentalmente – si el sabor del antiquark coincide con el sabor de cualquier otro quark en el quinteto, se cancelarán y la partícula se parecerá a su primo el hadrón de tres quark. Por esta razón, las primeras búsquedas del pentaquark buscaron partículas donde el antiquark no se cancelase.<ref name="HadronPhysics"/> Mediando la década de los 2000, varios experimentos pretendieron revelar estados de pentaquark. En particular, una [[Resonancia (física de partículas)|resonancia]] con una [[masa]] de 1540 MeV/c2 (4.6&nbsp;[[standard deviation|σ]]) fue informada por el [[SPring-8|LEPS]] en 2003, la partícula subatómica {{nowrap|Θ{{su|p=+}}}}.<ref name="PDG2006">
{{cite journal
 |author=W.-M. Yao et al. ([[Particle Data Group]])
 |year=2006
 |title=Review of particle physics: {{SubatomicParticle|Theta+}}
 |url=http://pdg.lbl.gov/2006/reviews/theta_b152.pdf
 |journal=[[Journal of Physics G]]
 |volume=33 |pages=1
 |arxiv=astro-ph/0601168
 |bibcode=2006JPhG...33....1Y
 |doi=10.1088/0954-3899/33/1/001
}}</ref> Esto coincidía con un estado de pentaquark con una masa de 1530 MeV/c2, como se había predicho en 1997.<ref name="Exotic anti-decuplet_1"/>
 
El estado propuesto se componía de dos [[quark arriba|quarks arriba]], dos [[quark abajo|quarks abajo]], y un [[quark extraño|antiquark extraño]] (uudd{{overline|s}}). Luego de este anuncio, nueve otros experimentos independientes informaron haber visto [[Distribuciones Relativistas Breit–Wigner|picos estrechos]] de [[neutrón|n]][[Kaón|{{nowrap|K{{su|p=+}}}}]] y [[protón|p]][[Kaón|{{nowrap|K{{su|p=0}}}}]], con masas entre 1522MeV/c2 y 1555MeV/c2, todos con más de 4&nbsp;σ.<ref name="PDG2006"/> Aun cuando existieron preocupaciones sobre la validez de estos estados, el [[Grupo de Datos de las Partículas]] dio a la {{nowrap|Θ{{su|p=+}}}} un índice de 3 estrellas (en una escala de 4), en la [[Revista de Física de Partículas]] de 2004.<ref name="PDG2006"/> Otros dos estados pentaquark se reportaron aunque con baja significación estadística— la {{nowrap|Φ{{su|p=−−}}}} (ddss{{overline|u}}), con una masa de 1860MeV/c2 y la {{nowrap|Θ{{su|p=0|b=c}}}} (uudd{{overline|c}}), con una masa de 3099MeV/c2. Más tarde se halló que ambos eran efectos estadísticos más que resonancias ciertas.<ref name="PDG2006"/>

Luego diez experimentos buscaron la {{nowrap|Θ{{su|p=+}}}}, pero sin resultados positivos.<ref name="PDG2006"/> Dos en particular (uno efectuado en [[Belle experiment|BELLE]], y el otro en [[CLAS detector|CLAS]]) tuvieron casi las mismas condiciones que los otros experimentos que afirmaron haber detectado la {{nowrap|Θ{{su|p=+}}}} ( ([[DIANA experiment|DIANA]] y [[SAPHIR experiment|SAPHIR]] respectivamente).<ref name="PDG2006"/> En 2006 la Revista de Física de Partículas concluyó:<ref name="PDG2006"/>

<blockquote>No existió una confirmación de altas estadísticas de cualquiera de los experimentos originales que afirmaron haber detectado la {{nowrap|Θ{{su|p=+}}}}; ha habido dos altas repeticiones estadísticas del [[Thomas Jefferson National Accelerator Facility|Laboratorio Jefferson]] que han mostrado claramente que las afirmaciones positivas en aquellos dos casos eran incorrectas; ha habido un número de otros experimentos de altas estadísticas, ninguno de los cuales han encontrado evidencia alguna de la {{nowrap|Θ{{su|p=+}}}}; y todos los intentos de confirmar los otros dos estados de pentaquark supuestamente detectados han conducido a resultados negativos. Parece obligatoria la conclusión de que los pentaquarks en general y la {{nowrap|Θ{{su|p=+}}}}, en particular, no existen.</blockquote>

En 2008 la Revista de Física de Partículas fue incluso más allá:<ref name="PDG2008">See p.&nbsp;1124 in
{{cite journal|url=http://pdg.lbl.gov/2008/download/rpp-2008-plB667.pdf|title=Review of particle physics|author=C. Amsler et al. ([[Particle Data Group]])|journal=[[Physics Letters B]]|volume=667|issue=1-5|pages=1|bibcode=2008PhLB..667....1A|doi=10.1016/j.physletb.2008.07.018|year=2008}}</ref>

<blockquote>Existen dos o tres experimentos recientes que encuentran débil evidencia de señales próximas a las masas nominales, pero simplemente no tiene sentido su tabulación en vista de la abrumadora evidencia de que no existen los pentaquarks postulados... La historia entera—los descubrimientos mismos, la marea de papeles confeccionados por los teóricos y los fenomenólogos que siguió, y el eventual "des-descubrimiento" -es un curioso episodio en la historia de la ciencia.</blockquote>

A pesar de estos [[Resultado nulo|resultados nulos]], los resultados del LEPS en 2009 continúan mostrando la existencia de un estado estrecho con una masa de 1524±4MeV/c2, con una [[Significación estadística|importancia estadística]] de 5.1σ.<ref>
{{cite journal
 |author=T. Nakano et al. ([[LEPS|LEPS Collaboration]])
 |year=2009
 |title=Evidence of the Θ<sup>+</sup> in the γd→K<sup>+</sup>K<sup>−</sup>pn reaction
 |journal=[[Physical Review C]]
 |volume=79 |issue=2 |pages=025210
 |arxiv=0812.1035
 |bibcode=2009PhRvC..79b5210N
 |doi=10.1103/PhysRevC.79.025210
}}</ref> Los experimentos continúan estudiando esta controversia.

=== Resultados en 2015 del [[LHCb]] ===
[[Archivo:Pentaquark-Feynman.svg|miniaturadeimagen|300px|derecha|upright=1.2|[[Diagrama de Feynman]] representando la caída del barión lambda {{nowrap|Λ{{su|p=0|b=b}}}} en un kaon {{nowrap|K{{su|p=−}}}} y un pentaquark {{nowrap|P{{su|p=+|b=c}}}}.]]
[[Archivo:J-psi p pentaquark mass spectrum.svg|miniaturadeimagen|300px|derecha|upright=1.5|Un ajuste al espectro de masa invariante {{nowrap|J/ψp}} para la decadencia {{nowrap|Λ{{su|p=0|b=b}}→J/ψK{{su|p=−}}p}}, con cada componente ajustado expuesto individualmente. La contribución de los pentaquarks se muestra por [[histogramas]] eclosionados.]]
La evidencia, en principio controvertida,<ref>{{cita web|url=http://arxiv.org/abs/hep-ex/0503020|título=Review of the experimental evidence on pentaquarks and critical discussion|fechaacceso=8 de enero de 2008|idioma=inglés|autor=Sonia Kabana}}</ref> fue demostrada gracias al [[Gran Colisionador de Hadrones]] en julio de 2015.<ref>{{cita web|url=http://www.bbc.com/news/science-environment-33517492|título=Large Hadron Collider discovers new pentaquark particle|fechaacceso=14 de julio de 2015|idioma=inglés|autor=Paul Rincon}}</ref>

En julio de 2015, la colaboración [[LHCb]] identificó pentaquarks en el canal {{nowrap|Λ{{su|p=0|b=b}}→J/ψK{{su|p=−}}p}}, el cual representa la decadencia del barión de lambda fondo {{nowrap|(Λ{{su|p=0|b=b}})}} a un [[Mesón J/ψ]] {{nowrap|(J/ψ)}}, a un [[kaon]] {{nowrap|(K{{su|p=−}})}} y a un [[protón]] (p). Los resultados mostraron que a veces, en vez de decaer directamente a mesones y bariones, el {{nowrap|Λ{{su|p=0|b=b}}}} decaía vía estados intermedios de pentaquark. Los dos estados, nombrados {{nowrap|P{{su|p=+|b=c}}(4380)}} y {{nowrap|P{{su|p=+|b=c}}(4450)}}, tuvieron [[Significación estadística|importancias estadísticas]] individuales de 9&nbsp;σ y 12&nbsp;σ, respectivamente, y una importancia combinada de 15&nbsp;σ — bastante para reclamar un descubrimiento formal. El análisis descartó la posibilidad de que el efecto fuera causado por partículas convencionales.<ref name="LHCb-public"/> Los dos estados pentaquark fueron observados decayendo fuertemente a {{nowrap|J/ψp}}, por lo que tiene que tener una valencia de contenido quark de dos [[quark arriba]], un [[quark abajo]], un [[quark encanto]], y un antiquark encanto (uudc{{overline|c}}), haciéndoles pentaquarks [[quarkonio]].<ref name="LHCb2015">
{{cite arXiv|author=R. Aaij et al. ([[LHCb|LHCb collaboration]])|year=2015|title=Observation of {{nowrap|J/ψp}} resonances consistent with pentaquark states in {{nowrap|Λ{{su|p=0|b=b}}→J/ψK{{su|p=−}}p}} decays|arxiv=1507.03414|class=hep-ex}}</ref><ref name="Guardian"/><ref>
{{Cite news
 |author=P. Rincon
 |date=14 de julio de 2015
 |title=Large Hadron Collider discovers new pentaquark particle
 |url=http://www.bbc.com/news/science-environment-33517492
 |work=[[BBC News]]
 |accessdate=14 de julio de 2015
}}</ref>

La búsqueda de pentaquarks no era un objetivo del experimento LHCb, el cual está principalmente diseñado para investigar la [[Asimetría de bariones|asimetría de materia-antimateria]],<ref>{{cite web|url=http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/en/Physics/WhereIsAntimatter-en.html|title=Where has all the antimatter gone?|publisher=[[CERN]]/[[LHCb]]|year=2008|accessdate=15 de julio de 2015}}</ref> y el descubrimiento aparente de pentaquarks estuvo descrito como un "accidente" y "algo con lo que nos hemos tropezado" por un portavoz del CERN.<ref name="NewScientist2015"/>

== Aplicaciones ==
El descubrimiento del pentaquark permitirá a los físicos estudiar la [[fuerza fuerte]] en mayor detalle y ayudará a la comprensión de la [[cromodinámica cuántica]]. Además, las teorías actuales sugieren que algunas estrellas muy grandes producen pentaquarks cuando colapsan. El estudio de pentaquarks podría ayudar a arrojar luz sobre la física de las [[Estrella de neutrones|estrellas de neutrones]].<ref name="Guardian"/>

== Referencias ==
{{Listaref|group=nb}}
{{listaref|2}}
=== Enlaces externos ===
* [https://web.archive.org/web/20050515065755/http://arturo.fi.infn.it/cortona2004/contrib/klempt.pdf Seminario sul pentaquark ]<!--- tenutosi al '''XXVI Convegno Informale di Fisica Teorica''' di [[Cortona]] da [[Eberhard Klempt]] (formato .pdf - in [[Lingua inglese|inglese]])--->
* [http://es.gizmodo.com/el-lhc-descubre-un-nuevo-tipo-de-particula-subatomica-1717685013]
* [http://news.bbc.co.uk/1/low/sci/tech/3034754.stm Behold the Pentaquark (BBC News)]
* [http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99993903 Pentaquark discovery confounds sceptics (New Scientist)]
* [https://web.archive.org/web/20081004062714/http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn7287&feedId=online-news_rss20 Pentaquark hunt draws blanks], [http://www.spacedaily.com/news/physics-05t.html Is It or Isn't It?], [http://www.physorg.com/news3815.html (mirror)]
* [https://web.archive.org/web/20080628083847/http://www.phy.ohiou.edu/~hicks/thplus.htm Physicists Find Evidence for an Exotic Baryon (Ohio University)]
* [http://arxiv.org/abs/hep-ex/0412048 hep-ex/0412048: An Experimental Review of the Θ<sub>+</sub> Pentaquark]
* [http://arxiv.org/abs/hep-ph/0401115 hep-ph/0401115: Prospects for Pentaquark Production at Meson Factories]
* [http://arxiv.org/abs/hep-ph/0404019 hep-ph/0404019: An Attempt to Study Pentaquark Baryons in String Theory]
* {{Enlace roto|1=[http://www.slac.stanford.edu/spires/find/hep/www?rawcmd=FIND+key+6181597 Relativistic Mean Field Approximation to Baryons] |2=http://www.slac.stanford.edu/spires/find/hep/www?rawcmd=FIND+key+6181597 |bot=InternetArchiveBot }}
* [http://www.nature.com/news/2005/050418/full/050418-1.html News article published in ''Nature'' (April 2005)]
* [http://www.symmetrymagazine.org/cms/?pid=1000377 "The Rise and Fall of the Pentaquark" in ''symmetry'' magazine (Sept 2006)] {{Wayback|url=http://www.symmetrymagazine.org/cms/?pid=1000377 |date=20070708143911 }}

== Véase también ==
* [[Partícula elemental]]
* [[Materia exótica]]
* [[Modelo de quarks]]
* [[Anexo:Tabla de partículas]]
* [[Tetraquark]]
* [[Dibarión]]
* [[Hadrón exótico]]
* [[Hipercarga fuerte]]

{{Control de autoridades}}
[[Categoría:Partículas subatómicas]]
[[Categoría:Quarks]]
[[Categoría:Hadrones]]
[[Categoría:Bariones]]
[[Categoría:Partículas compuestas hipotéticas]]