epelpad

¿Una pequeña gotita del universo primitivo?

Las partículas observadas por el experimento de ALICE sugieren la formación de plasma de quark-gluón durante las colisiones protón-protón.


¿Una pequeña gotita del universo primitivo?

Original de Sarah Charley Abril/24/17

Hace unos 13.800 millones de años, el universo era una sopa caliente y densa de quarks y gluones, componentes fundamentales que eventualmente se combinaron en protones, neutrones y otros hadrones.

Los científicos pueden producir esta sopa primitiva de partículas, llamada plasma de quark-gluón, en las colisiones entre iones pesados. Pero por primera vez los físicos en un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) han observado evidencia de partículas de su creación en colisiones entre protones también.

lhc
El detector ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Crédito de la imagen: CERN,

El LHC colisiona protones durante la mayor parte de su tiempo de funcionamiento. Este nuevo resultado, publicado en Nature Physics por un equipo trabajando con el detector ALICE, desafía nociones de larga data acerca de la naturaleza de esas colisiones protón-protón y sobre posibles fenómenos que antes se habían ignorado.

"Mucha gente piensa que los protones son demasiado livianos para producir este plasma extremadamente caliente y denso", dijo Livio Bianchi, un postdoc de la Universidad de Houston que trabajó en este análisis. "Pero estos nuevos resultados nos están haciendo cuestionar esta suposición".

fisica de particulas
Detector RHIC (Relativistic Ion Collider). Crédito de la imagen: Brookhaven National Laboratory.

Científicos del LHC y del Relativistic Ion Collider, o RHIC, del Laboratorio Nacional de Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., Han creado previamente plasma de quark-gluón en colisiones de átomos de oro-oro y plomo-plomo.

En el plasma de quarks y gluónes, los quarks de tamaño medio —como quarks extraños— se mueven libremente y eventualmente se unen formando partículas más grandes y compuestas (similar a la forma en que los cristales de cuarzo crecen dentro de las rocas de granito fundidas a medida que se enfrían lentamente). Estos hadrones son expulsados como el plasma se desvanece y sirven como una señal reveladora de su origen desde la sopa. Los investigadores de ALICE observaron numerosas colisiones de protones-protones que emitían hadrones extraños a una velocidad elevada.

"En las colisiones de protones que produjeron muchas partículas, vimos más hadrones que contenian quarks extraños de lo predicho", dijo Rene Bellwied, profesor de la Universidad de Houston. " Y curiosamente, vimos una diferencia más grande entre el número predicho y nuestros resultados experimentales cuando examinamos partículas que contienen dos o tres quarks extraños."

Desde una perspectiva teórica, una proliferación de hadrones extraños no es suficiente para confirmar definitivamente la existencia de plasma de quark-gluón. Más bien, podría ser el resultado de otros procesos desconocidos que ocurren a la escala subatómica.

"Esta medida es de gran interés para los investigadores de quark-gluon-plasma que se preguntan cómo una posible que la firma de QGP puede surgir en las colisiones protón-protón", dijo Urs Wiedemann, un teórico del CERN. "Pero también es de gran interés para los físicos de alta energía quienes nunca han encontrado tal fenómeno en las colisiones protón-protón".

Investigaciones anteriores en el LHC encontraron que la orientación espacial de las partículas producidas durante algunas colisiones protón-protón reflejaban los patrones creados durante las colisiones de iones pesados, lo que sugiere que tal vez estos dos tipos de colisiones tienen más en común de lo que originalmente se predijo. Los científicos que trabajan en el experimento ALICE necesitarán explorar múltiples características de estas extrañas colisiones protón-protón antes de que puedan confirmar si realmente están viendo una minúscula gotita del universo primitivo.

"El plasma de Quark-gluon es un líquido, así que también necesitamos mirar las características hidrodinámicas", dijo Bianchi. "La composición de las partículas que escapan no son suficientes por sí mismas".

Este hallazgo viene de los datos recogidos de la primera ejecución del LHC entre 2009 y 2013. Más investigación en los próximos años ayudará a los científicos a determinar si el LHC realmente puede hacer plasma de quark-gluón en las colisiones de protones-protones.

"Estamos muy entusiasmados con este descubrimiento", dice Federico Antinori, portavoz del equipo del ALICE. "Estamos aprendiendo mucho sobre este estado extremo de la materia. Ser capaces de aislar los fenómenos del tipo quark-gluón-plasma en un sistema más pequeño y más simple, como la colisión entre dos protones, abre una dimensión completamente nueva para el estudio de las propiedades del estado primordial del que nuestro universo surgió. "

Otros experimentos, como los que utilizan RHIC, proporcionarán más información sobre los rasgos observables y las características experimentales de los plasmas quark-gluón a energías más bajas, permitiendo a los investigadores obtener un cuadro más completo de las características de esta sopa de partículas primordiales.

"El campo hace mucho más progreso compartiendo las técnicas y comparando los resultados de lo que seríamos capaces con una sola instalación", dijo James Dunlop, un investigador en RHIC. "Esperamos ver nuevos descubrimientos junto con nuestros colegas de ALICE".


------------------------------------
With a little help from Google Translate

0 comentarios - ¿Una pequeña gotita del universo primitivo?