La colaboración internacional que opera el experimento ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN ha confirmado la observación de un estado cuántico inédito: el toponium, una unión efímera entre un quark top y su antipartícula. Esta formación, largamente considerada indetectable, representa una rareza en el ámbito de la física de partículas y refuerza la validez del Modelo Estándar.
El toponium es un estado cuasi ligado entre un quark top y un antiquark top, su correspondiente antipartícula. A diferencia de otros quarks, el quark top tiene una vida extremadamente breve, por lo que no forma hadrones como los protones o neutrones, que constituyen el núcleo del átomo. En física, se denomina estado ligado al que es estable y persistente; en cambio, un estado cuasi ligado como el toponium existe durante un lapso mínimo antes de desintegrarse.
Según el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la mecánica cuántica permite que, en condiciones excepcionales, estas dos partículas logren interactuar y generar un sistema temporal como el toponium. La observación de este fenómeno por ATLAS supone un avance en la detección de estructuras teóricas consideradas fuera del alcance experimental.
La coincidencia de resultados
Aunque el toponium fue propuesto en la década de 1990, antes incluso del descubrimiento del quark top en 1995, no se había confirmado su existencia. En fechas recientes, el experimento CMS, también en el LHC, identificó un exceso de pares quark-antiquark top en los datos recogidos entre 2016 y 2018. Este patrón inusual llevó a plantear la hipótesis de que podría tratarse del toponium.
El pasado 8 de julio, la colaboración ATLAS anunció de forma independiente la observación de un fenómeno equivalente, esta vez con datos obtenidos entre 2015 y 2018. Ambos cálculos coinciden y refuerzan la interpretación de que se trata de este nuevo estado cuántico.
ATLAS y CMS son dos de los principales detectores del LHC, y sus resultados independientes aportan un nivel de certeza mayor a cualquier hallazgo. Más de 5.000 investigadores y técnicos de todo el mundo participan en el proyecto ATLAS, incluyendo equipos de instituciones españolas.
Aunque los datos respaldan con fuerza la existencia del toponium, su origen exacto aún no está completamente determinado. Una posible explicación alternativa sería la existencia de una nueva partícula con una masa cercana al doble de la del quark top, lo que también generaría un exceso de pares de quark y antiquark top.