Desfase en la desintegración de ψ(2S) en protón-antiprotón exprés
Cuando la partícula ψ(2S) se desintegra en un protón y un antiprotón, dos mecanismos diferentes actúan simultáneamente: la interacción fuerte, como un pegamento que mantiene unidos a los quarks, y la electromagnética, como la luz que repele las cargas. Sus contribuciones se suman con un cierto desfase. Este desfase es similar al encuentro de dos ondas producidas por piedras lanzadas a un estanque: si la cresta de una coincide con el valle de la otra, se cancelan mutuamente, y si cresta coincide con cresta, se refuerzan. El desfase determina cuán intensamente interfieren estos dos procesos.
En el experimento BESIII, realizado en el colisionador de electrones y positrones de Pekín, se recopilaron datos a energías de colisión de 3.58 a 3.71 GeV, justo alrededor de la masa de ψ(2S). Se midió con qué frecuencia se producen pares protón-antiprotón y, a partir de la forma de esta dependencia, la curva resonante, se extrajo la fase relativa: 105.9° o −105.3°. Las dos posibilidades surgen de una simetría, como si se pudiera girar la esfera de un reloj en un sentido o en el otro y obtener el mismo panorama.
Antes no existían datos de este tipo en esta región de energías, y ahora la laguna se ha llenado por primera vez. Los valores de fase obtenidos concuerdan con las mediciones en otros canales de desintegración de ψ(2S) y con los resultados de BaBar, lo que confirma la hipótesis de la universalidad de la fase, es decir, el mismo desfase opera para diferentes estados finales. Esto es importante para comprender cómo la interacción fuerte se transforma en electromagnética a escalas hadrónicas.
También se obtuvieron dos estimaciones de la probabilidad de desintegración de ψ(2S) en protón-antiprotón: (3.21±0.13)×10⁻⁴ y (3.47±0.19)×10⁻⁴. Esto significa que de aproximadamente diez mil mesones ψ(2S), solo tres o cuatro se desintegrarán en protón-antiprotón. Esta rareza hace que la medición sea especialmente valiosa: requiere una alta estadística y un control preciso del fondo.
Este resultado es un paso más hacia la comprensión de cómo los quarks y los gluones se organizan en hadrones y cómo diferentes interacciones fundamentales coexisten en un mismo proceso. El desfase entre las contribuciones fuerte y electromagnética no es solo un número, sino una ventana a la dinámica de la interacción fuerte a distancias del orden del tamaño del protón.
El desfase entre las amplitudes fuerte y electromagnética en las desintegraciones de ψ(2S) resultó ser cercano a 106°, lo que casi coincide con el valor medido anteriormente para J/ψ, el 'hermano' más ligero de ψ(2S). Esto indica un mecanismo común que no depende de la masa de la resonancia.