Es posible que haya escuchado que el CERN anunció el descubrimiento (confirmación, en realidad. Ver anexo más abajo) de una partícula extraña conocida como Z (4430). Se ha publicado un documento que resume los resultados en el arxiv de física, que es un repositorio para trabajos de física de preimpresión (aún no revisados por pares). La nueva partícula es aproximadamente 4 veces más masiva que un protón, tiene una carga negativa y parece ser una partícula teórica conocida como tetraquark. Los resultados aún son jóvenes, pero si este descubrimiento se mantiene, podría tener implicaciones para nuestra comprensión de las estrellas de neutrones.
Los componentes básicos de la materia están hechos de leptones (como los electrones y los neutrinos) y los quarks (que forman protones, neutrones y otras partículas). Los Quarks son muy diferentes de otras partículas en que tienen una carga eléctrica que es 1/3 o 2/3 de la del electrón y el protón. También poseen un tipo diferente de "carga" conocida como color. Así como las cargas eléctricas interactúan a través de una fuerza electromagnética, las cargas de color interactúan a través de la fuerza nuclear fuerte. Es la carga de color de los quarks que funciona para mantener unidos los núcleos de los átomos. La carga de color es mucho más compleja que la carga eléctrica. Con carga eléctrica simplemente hay positivo (+) y su opuesto, negativo (-). Con el color, hay tres tipos (rojo, verde y azul) y sus opuestos (anti-rojo, anti-verde y anti-azul).
Debido a la forma en que funciona la fuerza fuerte, nunca podemos observar un quark libre. La fuerza fuerte requiere que los quarks siempre se agrupen para formar una partícula de color neutro. Por ejemplo, un protón consta de tres quarks (dos arriba y uno abajo), donde cada quark es de un color diferente. Con luz visible, agregar luz roja, verde y azul le da luz blanca, que es incolora. Del mismo modo, la combinación de un quark rojo, verde y azul le proporciona una partícula de color neutro. Esta similitud con las propiedades de color de la luz es la razón por la cual la carga quark lleva el nombre de los colores.
La combinación de un quark de cada color en grupos de tres es una forma de crear una partícula de color neutro, y estos se conocen como bariones. Los protones y los neutrones son los bariones más comunes. Otra forma de combinar quarks es emparejar un quark de un color particular con un quark de su anti-color. Por ejemplo, un quark verde y un quark anti-verde podrían combinarse para formar una partícula de color neutro. Estas partículas de dos quark se conocen como mesones y se descubrieron por primera vez en 1947. Por ejemplo, el pión cargado positivamente consiste en un quark arriba y un quark antipartícula abajo.
Bajo las reglas de la fuerza fuerte, hay otras formas en que los quarks podrían combinarse para formar una partícula neutra. Uno de estos, el tetraquark, combina cuatro quarks, donde dos partículas tienen un color particular y las otras dos tienen los anticolores correspondientes. Se han propuesto otros, como el pentaquark (3 colores + un par de colores anti-color) y el hexaquark (3 colores + 3 anti-colores). Pero hasta ahora todo esto ha sido hipotético. Si bien estas partículas serían de color neutro, también es posible que no sean estables y simplemente se descompongan en bariones y mesones.
Ha habido algunos indicios experimentales de tetraquarks, pero este último resultado es la evidencia más fuerte de que 4 quarks forman una partícula de color neutro. Esto significa que los quarks pueden combinarse de formas mucho más complejas de lo que originalmente esperábamos, y esto tiene implicaciones para la estructura interna de las estrellas de neutrones.
Muy simple, el modelo tradicional de una estrella de neutrones es que está hecha de neutrones. Los neutrones consisten en tres quarks (dos abajo y uno arriba), pero generalmente se piensa que las interacciones de partículas dentro de una estrella de neutrones son interacciones entre neutrones. Con la existencia de tetraquarks, es posible que los neutrones dentro del núcleo interactúen lo suficientemente fuerte como para crear tetraquarks. Esto incluso podría conducir a la producción de pentaquarks y hexaquarks, o incluso que los quarks podrían interactuar individualmente sin estar unidos a partículas de color neutro. Esto produciría un objeto hipotético conocido como estrella de quark.
Todo esto es hipotético en este punto, pero la evidencia verificada de tetraquarks obligará a los astrofísicos a reexaminar algunos de los supuestos que tenemos sobre el interior de las estrellas de neutrones.
Apéndice: Se ha señalado que los resultados del CERN no son un descubrimiento original, sino una confirmación de los resultados anteriores de la Belle Collaboration. Los resultados de Belle se pueden encontrar en un documento de 2008 en Physical Review Letters, así como en un artículo de 2013 en Physical Review D. Así que el crédito se debe.
