¿Es un quark hexa, hepta, octo, etc. teóricamente posible dado que se ha informado un pentaquark en el LHC?

Mi respuesta es si.

La teoría de las resonancias hadrónicas es muy complicada. Lo repetiré: esta es una teoría muy complicada. La teoría subyacente es la cromodinámica cuántica, que se cree que involucra objetos llamados quarks y gluones.

Pero la fuerza entre estos objetos se vuelve muy fuerte a grandes distancias, lo que hace que sea imposible calcular los estados que deberían existir a partir de los primeros principios.

Se cree casi universalmente, aunque no está probado, que la teoría QCD confina los quarks y los gluones en objetos de tamaño finito.

Pero debido a que la teoría se acopla fuertemente en el punto donde estos objetos se separarían, no existe un método confiable para describir estos objetos o sus desintegraciones. Se trata de una gran cantidad de arte.

Permítanme dar un ejemplo simple: si la teoría es de hecho una teoría limitante, entonces debería existir un estado unido de dos gluones; estos pueden combinarse para producir un estado singlete de color. Debería ser casi tan limitado como cualquier estado de quark, en teoría.

Los números cuánticos de este estado son fáciles de predecir, son inusuales y tales estados deberían decaer de formas particulares, por lo que ha habido muchas, muchas búsquedas de un estado de bola de pegamento, pero todos ellos no han tenido éxito.

No se ha encontrado evidencia experimental convincente de ningún estado de bola de pegamento.

Ayer por la tarde, mi padre estaba hablando con Mike Creutz, un buen teórico y uno de los creadores de QCD de celosía, y le preguntó qué creía que la mejor estimación actual de la masa de bola de pegamento era de QCD de celosía.

Mike dijo que lo había pensado durante muchos años y también sobre la cuestión de las masas de quark, que es difícil, pero dijo que las mejores estimaciones de celosía de la masa de bola de pegamento la situaron cerca de 1-2 GeV.

Ahora a 1-2 GeV, una resonancia hadrónica tiene muchos canales abiertos para descomponerse.

¿Qué quiero decir con eso?

Considere la aniquilación protón-antiprotón: la energía total disponible si se aniquilan en reposo es casi la misma que para la bola de pegamento.

Un protón y un antiprotón cuando se aniquilan se descomponen en un promedio de cinco piones, pero de dos a aproximadamente ocho piones. Un pión tiene una masa de aproximadamente una décima parte de un GeV.

Por lo tanto, se espera que un estado de bola de pegamento sea muy amplio en esa masa, si tiene un momento angular bajo.

Una resonancia amplia es muy difícil de ver en primer lugar y su carácter es muy difícil de determinar.

Lo extraño e interesante de la resonancia de pentaquark que se discute actualmente es que es estrecha, dada su masa por encima de los productos de descomposición más naturales.

Si. Las partículas compuestas hechas de cualquier número de quarks son teóricamente posibles, siempre que la partícula compuesta sea neutra en color, es decir, su carga de color total es cero.

Esto significa que los quarks deben combinarse en:

  1. Pares de un quark y un anti-quark del mismo color, por ejemplo, azul y anti-azul, de modo que la carga de color total sea cero;
  2. Trillizos de quarks, uno de cada color: rojo, verde y azul. Se combinan para producir “blanco”, es decir, una combinación de colores neutros.

Usando estos pares y trillizos, podemos deducir fácilmente todas las combinaciones posibles de cualquier número de quarks:

  • 2 quarks: 1 par (mesón)
  • 3 quarks: 1 triplete (barión)
  • 4 quarks: 2 pares (tetraquark)
  • 5 quarks: 1 par + 1 triplete (pentaquark)
  • 6 quarks: 3 pares o 2 trillizos (hexaquark)
  • 7 quarks: 2 pares y 1 triplete (heptaquark)
  • 8 quarks: 4 pares, o 2 trillizos y 1 par (octoquark)
  • 9 quarks: 3 trillizos, o 1 trillizo y 3 pares (nonaquark)
  • 10 quarks: 5 pares, o 2 trillizos y 2 pares (decaquarks)

y así.

Por supuesto, todos estos tienen una versión “anti”. Por ejemplo, un anti-heptaquark está compuesto por 1 triplete de anti-quarks y 2 pares de quark-antiquark.

Barak Shoshany proporcionó una respuesta que es técnicamente correcta, ya que todos estos estados multicombardos son “blancos”, por lo tanto permitidos por las reglas de la fuerza fuerte.

Sin embargo, incluso el pentaquark se descompone muy rápidamente; Es probable que los estados de varios pares de orden superior sean completamente inestables, por lo que nunca se forman realmente en primer lugar.

Entonces, a pesar de que un estado de multicoques es teóricamente permisible (al igual que un elemento químico con el número atómico 200 es teóricamente permisible) su vida útil es tan corta, sus bits constituyentes se separarían en un tiempo mucho menor que el inverso de su frecuencia Compton. Entonces, tales partículas realmente pueden no existir, al igual que el elemento 200 probablemente no exista.