¿Un nuevo tipo de materia hallado por el LHC?


Las colisiones entre protones e iones de plomo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) han producido un comportamiento sorprendente en algunas de las partículas creadas en las colisiones. La nueva observación sugiere que las colisiones pueden haber producido un nuevo tipo de materia conocido como condensado de color de vidrio.

Cuando los haces de partículas chocan entre sí a alta velocidad, las colisiones producen cientos de nuevas partículas, la mayoría de las cuales vuelan lejos del punto original de colisión a casi a la velocidad de la luz. Sin embargo, el el equipo del Solenoide Compacto de Muones (CMS) del LHC encontró que en una muestra de 2 millones de colisiones de protones de plomo, algunos pares de partículas volaron lejos el uno del otro en respectivas direcciones correlacionadas. “De alguna manera vuelan en la misma dirección, aunque no está claro cómo pueden comunicar su dirección al resto. Esto ha sorprendido a mucha gente, incluyéndonos a nosotros”, dice el profesor de física del MIT Gunther Roland, cuyo grupo llevó a cabo el análisis de los datos de colisiones junto con Wei Li, un ex investigador posdoctoral del MIT, que es ahora profesor asistente en la Universidad de Rice.

Un artículo que describe los hallazgos inesperados aparecerá en un próximo número de la revista Physical Review B y ya está disponible en arXiv.

El grupo de trabajo con iones pesados ​​del MIT, que incluye a Roland y a los profesores de física del MIT Wyslouch Bolek y Busza Wit, vio el mismo patrón distintivo en las colisiones protón-protón hace unos dos años. El mismo patrón de vuelo se observa también cuando los iones de plomo u otros metales pesados ​​, tales como oro y cobre, chocan unos con otros.

Estas colisiones de iones pesados ​​producen una onda de plasma quark-gluón, la sopa caliente de partículas que existía durante las primeras millonésimas de segundo después del Big Bang. En el colisionador, esta onda barre algunas de las partículas resultantes en la misma dirección, lo que representa la correlación en sus trayectorias de vuelo. Se ha teorizado que las colisiones protón-protón puede producir una onda de algo similar a líquido de gluones, conocido como condensado de color de vidrio.

Esta densa nube de gluones también puede producir el patrón inusual visto en las colisión de protones de plomo, dice Raju Venugopalan, científico senior en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, que no estuvo involucrado en la investigación actual.

Venugopalan y su ex estudiante Kevin Dusling habían teorizado la existencia de los condensados de color de vidrio poco antes de la correlación en las direcciones de las partícula vista en las colisiones protón-protón. Mientras que los protones en los niveles de energía normales constan de tres quarks, tienden a ganar un conjunto de acompañamiento de gluones a niveles de energía más altos. Estos gluones existen como partículas y como ondas, y sus funciones de onda pueden ser correlacionadas entre sí. Este “entrelazamiento cuántico”, explica cómo las partículas que vuelan lejos de la colisión pueden compartir información como la dirección de la trayectoria de vuelo, dice Venugopalan.

La correlación tiene “un efecto muy pequeño, pero apunta a algo muy fundamental sobre cómo los quarks y los gluones se organizan espacialmente dentro de un protón “, prosigue.

Los investigadores del CMS originalmente  propusieron utilizar las colisiones de protones de plomo como un “sistema de referencia” para la comparación con colisiones plomo-plomo.

“Uno no espera efectos de plasma de quarks-gluones en colisiones de plomo-protones”, dice Roland. “Se suponía que iba a ser una especie de carrera de referencia en la que se podría estudiar los efectos de fondo y luego restarlos de los efectos que se ven en las colisiones plomo-plomo”.

Esa carrera sólo duró cuatro horas, pero en enero, la colaboración CMS planea varias semanas de colisiones plomo-protones colisiones, que les ha de permitir establecer si realmente las colisiones producen un líquido, sentencia Roland. Esto debería ayudar a reducir las posibles explicaciones y determinar si los efectos observados en colisiones protón-protón, protón-plomo y plomo-plomo están relacionados.

Más información

Autor: Anne Trafton

Enlace original: Unexpected data from the Large Hadron Collider suggest the collisions may be producing a new type of matter

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