{"id":1946,"date":"2025-08-04T09:20:28","date_gmt":"2025-08-04T09:20:28","guid":{"rendered":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/?p=1946"},"modified":"2025-08-06T13:14:09","modified_gmt":"2025-08-06T13:14:09","slug":"toponium-el-cern-consigue-la-foto-imposible-de-la-particula-mas-efimera","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/toponium-el-cern-consigue-la-foto-imposible-de-la-particula-mas-efimera\/","title":{"rendered":"Toponium: el CERN consigue la foto imposible de la part\u00edcula m\u00e1s ef\u00edmera"},"content":{"rendered":"\n

Juan Antonio Aguilar Saavedra<\/a>, Consejo Superior de Investigaciones Cient\u00edficas (CSIC)<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

En marzo de 2025, el experimento CMS del CERN sorprendi\u00f3 al mundo cient\u00edfico<\/a> con la observaci\u00f3n de una entidad esquiva y ex\u00f3tica: el toponium, una forma ef\u00edmera y extrema de materia. Poco despu\u00e9s, otro experimento del mismo centro, ATLAS, confirm\u00f3 el hallazgo<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfPor qu\u00e9 este descubrimiento ha sido tan impresionante? \u00bfQu\u00e9 tiene de especial el toponium y por qu\u00e9 se consideraba imposible detectarlo?<\/p>\n\n\n\n

\"\"\/
Experimento CMS del CERN, donde se detect\u00f3 el toponium. CERN\/ Noemi Caraban Gonzalez <\/a>, CC BY<\/a><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Toponium, al detalle<\/h2>\n\n\n\n

El toponium no es una part\u00edcula como las que estamos acostumbrados a imaginar. Se trata de una resonancia cu\u00e1ntica, es decir, un estado muy breve y transitorio que aparece cuando se producen un quark \u201ctop\u201d y su antipart\u00edcula \u201cantitop\u201d.<\/p>\n\n\n\n

El toponium tiene tres propiedades que lo hacen absolutamente \u00fanico. Su tiempo de vida medio es el m\u00e1s peque\u00f1o conocido: 2.3 x 10\u207b\u00b2\u2075 segundos. As\u00ed escrito, el n\u00famero puede no impresionar mucho, pero si lo escribimos como 0.00 \u2026 tendr\u00edamos hasta 24 ceros despu\u00e9s del punto decimal. Por lo que m\u00e1s que hablar de part\u00edcula, en este caso es m\u00e1s apropiado referirse al toponium como una resonancia. https:\/\/www.youtube.com\/embed\/9UriF9FTgrc?wmode=transparent&start=0<\/p>\n\n\n\n

Adem\u00e1s de su vida ultrabreve, el toponium es extraordinariamente masivo, 370 veces m\u00e1s pesado que un prot\u00f3n. Su tama\u00f1o tambi\u00e9n bate r\u00e9cords: se estima en apenas 1.5 x 10\u207b\u00b9\u2077 metros, unas 60 veces menor que un prot\u00f3n. De forma que hablamos del objeto m\u00e1s peque\u00f1o conocido (excluyendo de la lista las part\u00edculas elementales<\/a> que se cree son puntuales, con dimensi\u00f3n cero).<\/p>\n\n\n\n

\u00bfPor qu\u00e9 se cre\u00eda que era imposible de observar?<\/h2>\n\n\n\n

Para entender el reto, hay que hablar del quark top, ingrediente<\/em> b\u00e1sico del toponium. Se trata del quark m\u00e1s pesado que se conoce (184 veces m\u00e1s pesado que un prot\u00f3n), descubierto en 1995 en el acelerador Tevatron<\/a>, situado cerca de Chicago.<\/p>\n\n\n\n

Las part\u00edculas tan pesadas como este quark s\u00f3lo pueden producirse en aceleradores de alta energ\u00eda, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC)<\/a> que opera en el CERN, cerca de Ginebra. Pero su existencia es fugaz. Su tiempo de vida media es tan incre\u00edblemente corto (4.6 x 10\u207b\u00b2\u2075 segundos) que no le permite formar estados ligados con otros quarks antes de desintegrarse.<\/p>\n\n\n\n

Sin embargo\u2026 aqu\u00ed no acaba la historia.<\/p>\n\n\n\n

Una suma infinita<\/h2>\n\n\n\n

Si en un colisionador como el LHC se produce una pareja de quarks top y antitop con velocidad relativa suficientemente baja, los dos quarks podr\u00edan interactuar, intercambiando gluones (part\u00edculas mediadoras de la interacci\u00f3n fuerte<\/a>) durante un brev\u00edsimo instante antes de desintegrarse. Precisamente este intercambio da lugar a la formaci\u00f3n del toponium.<\/p>\n\n\n\n

Los c\u00e1lculos te\u00f3ricos para el toponium son extraordinariamente complejos. En f\u00edsica de part\u00edculas, la mayor\u00eda de las predicciones se obtienen paso a paso, mediante c\u00e1lculos de dificultad creciente. En el caso del toponium, hay que considerar el intercambio de un gluon, dos gluones, tres gluones, etc.<\/p>\n\n\n\n

Pero obtener las propiedades f\u00edsicas del toponium como estado cuasi-ligado requiere sumar la serie infinita de contribuciones. Esto puede hacerse, con ciertas aproximaciones, cuando la velocidad relativa entre los dos quarks es peque\u00f1a. Aun as\u00ed, los c\u00e1lculos suponen todo un reto.<\/p>\n\n\n\n

La teor\u00eda predice que, si se forma toponium en el LHC, aparecer\u00e1 como una resonancia con masa aproximadamente el doble de la masa del quark top, que no experimenta la interacci\u00f3n fuerte. Su esp\u00edn<\/a> es cero, como el del bos\u00f3n de Higgs<\/a>, pero tiene paridad<\/a> negativa. El esp\u00edn es una propiedad cu\u00e1ntica que cl\u00e1sicamente equivaldr\u00eda a que una part\u00edcula gire sobre s\u00ed misma, mientras que la paridad refleja c\u00f3mo cambia un estado cu\u00e1ntico cuando hacemos una inversi\u00f3n espacial de los ejes de coordenadas.<\/p>\n\n\n\n

La \u2018foto\u2019 del toponium<\/h2>\n\n\n\n
\"\"\/<\/a>
La uni\u00f3n ef\u00edmera entre un quark top y un antiquark top formada por el intercambio de gluones. D. Dom\u00ednguez\/CERN<\/a>, CC BY<\/a><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

La formaci\u00f3n de toponium da lugar a efectos extremadamente sutiles, que durante a\u00f1os se consideraron imposibles de detectar en un colisionador como el LHC.<\/p>\n\n\n\n

Buscar el toponium es como buscar una aguja en un pajar de millones de parejas top-antitop producidas. Sin embargo, CMS y ATLAS han logrado observar patrones que coinciden con las predicciones te\u00f3ricas de este estado, con una certeza estad\u00edstica alt\u00edsima (m\u00e1s de 5 sigma), lo que en f\u00edsica equivale a una \u201cconfirmaci\u00f3n oficial\u201d. Una muestra m\u00e1s de c\u00f3mo el avance experimental supera las expectativas m\u00e1s optimistas.<\/p>\n\n\n\n

Curiosamente, el primer indicio de existencia del toponium lleg\u00f3 de forma inesperada a principios de 2024, a trav\u00e9s de la medida del entrelazamiento cu\u00e1ntico entre parejas top-antitop. Las caracter\u00edsticas del toponium (esp\u00edn cero, paridad negativa) hacen que su presencia aumente el entrelazamiento. Y esto es lo que detect\u00f3 el experimento CMS<\/a> en dicha medida.<\/p>\n\n\n\n

El futuro del toponium<\/h2>\n\n\n\n

El reciente descubrimiento de una resonancia con propiedades compatibles con el toponium ha supuesto un \u00e9xito rotundo para el CERN. Demuestra c\u00f3mo el ingenio humano es capaz de superar todos los retos que entra\u00f1a una medida tan elusiva, hasta hace poco considerada imposible. Al mismo tiempo, supone un avance en nuestra comprensi\u00f3n de la naturaleza y de las interacciones fuertes, en un r\u00e9gimen hasta ahora inexplorado.<\/p>\n\n\n\n

El futuro se presenta prometedor. Al igual que ocurri\u00f3 tras el descubrimiento del bos\u00f3n de Higgs, ahora la tarea consiste en caracterizar las propiedades del toponium<\/a>, para comprobar que su esp\u00edn, color, etc. concuerdan con las predicciones te\u00f3ricas. Esperamos m\u00e1s resultados pronto, quiz\u00e1s tan pronto como el pr\u00f3ximo oto\u00f1o.<\/p>\n\n\n\n

Juan Antonio Aguilar Saavedra<\/a>, Investigador cient\u00edfico del CSIC en f\u00edsica te\u00f3rica de part\u00edculas elementales, Consejo Superior de Investigaciones Cient\u00edficas (CSIC)<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

Este art\u00edculo fue publicado originalmente en The Conversation<\/a>. Lea el original<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Juan Antonio Aguilar Saavedra, Consejo Superior de Investigaciones Cient\u00edficas (CSIC) En marzo de 2025, el experimento CMS del CERN sorprendi\u00f3 al mundo cient\u00edfico con la observaci\u00f3n de una entidad esquiva y ex\u00f3tica: el toponium, una forma ef\u00edmera y extrema de materia. Poco despu\u00e9s, otro experimento del mismo centro, ATLAS, confirm\u00f3 el hallazgo. \u00bfPor qu\u00e9 este… Leer m\u00e1s »Toponium: el CERN consigue la foto imposible de la part\u00edcula m\u00e1s ef\u00edmera<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":1947,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"neve_meta_sidebar":"","neve_meta_container":"","neve_meta_enable_content_width":"","neve_meta_content_width":0,"neve_meta_title_alignment":"","neve_meta_author_avatar":"","neve_post_elements_order":"","neve_meta_disable_header":"","neve_meta_disable_footer":"","neve_meta_disable_title":"","_themeisle_gutenberg_block_has_review":false,"footnotes":""},"categories":[8],"tags":[15],"class_list":["post-1946","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-medios","tag-medios"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1946","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1946"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1946\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1951,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1946\/revisions\/1951"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1947"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1946"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1946"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1946"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}