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La desintegración de una partícula reveló de qué están hechos realmente los mesones escalares ligeros.
Dentro del protón y del neutrón hierve la vida: los quarks intercambian gluones y, por un instante, surgen pares de partículas que desaparecen al momento. Algunas de ellas, los llamados mesones escalares, viven solo 10⁻²³ segundos: menos de lo que tarda la luz en atravesar el núcleo atómico. Los científicos llevan mucho tiempo debatiendo qué son realmente: ¿pares ordinarios de quark-antiquark, tetraquarks (cuatro quarks juntos) o incluso “moléculas” de dos mesones pegados como gotas de agua?
El acelerador BESIII en Pekín hace colisionar electrones con positrones y produce mesones Ds, partículas que viven lo suficiente como para estudiar su desintegración en detalle. En el nuevo experimento, los físicos vieron por primera vez cómo el mesón Ds se desintegra en tres piones y un mesón eta. Entre los escombros, notaron un par de a0(980) y f0(500), dos mesones escalares. La frecuencia de esta desintegración resultó ser de alrededor del uno por ciento, mucho mayor de lo que predecían los modelos simples. Es como si, al desmontar un juego de construcción de cuatro piezas, una de cada cien veces dos piezas resultaran pegadas con un pegamento invisible del que no se sospechaba antes.
La probabilidad medida de la desintegración Ds+ → a0(980)+ f0(500) fue (0.98 ± 0.16 ± 0.22)%. Esto es decenas de veces mayor que las estimaciones ingenuas que tratan a a0 y f0 como simples pares de quarks.
Esta producción inesperadamente alta del par a0(980) y f0(500) sugiere que dentro de estas partículas hay algo más complejo que dos quarks. Quizás realmente se parecen a “moléculas” difusas de otros mesones, que se forman fácilmente en el espacio reducido de la desintegración. Los nuevos datos imponen restricciones estrictas a los teóricos: cualquier modelo de la estructura interna de los mesones escalares ahora debe reproducir esta cifra.
El mismo experimento permitió precisar con qué frecuencia el mesón Ds se desintegra emitiendo un mesón eta. Antes, parte de estas desintegraciones escapaba a los detectores, dejando un “resto oscuro” de unos pocos por ciento. Ahora, tras medir la desintegración en π+π0π0η, esa cola no contabilizada se ha reducido a (0.1 ± 3.1)%, prácticamente a cero. Los físicos que buscan desintegraciones raras del mesón Ds tienen ahora una imagen más limpia: casi todas las vías de desintegración con un mesón eta son conocidas.
El mesón escalar f0(500) solía llamarse mesón sigma, y su existencia fue durante mucho tiempo objeto de controversia: es demasiado ancho y difuso en las gráficas, como una mancha borrosa en lugar de una línea nítida.