Experimentos revelan nuevas técnicas para estudiar el plasma de quarks-gluones

Artículo publicado por Kathryn Jepsen el 15 de agosto de 2012 en Symmetry Breaking

Un detallado examen de las moléculas de H2O a temperatura ambiente te dirá mucho sobre la estructura del agua. Pero tienes que cambiar las condiciones para lograr una mejor perspectiva de cómo se convierte en vapor o hielo.

En el último año, los científicos de dos grandes aceleradores de partículas han estado realizando este tipo de ajustes, estudiando la materia en un amplio rango de energías. Salvo que ellos no cambian la temperatura del agua; están trabajando con un estado de la materia 100 000 veces más caliente que el interior del Sol – el plasma de quarks-gluones (QGP).

Plasma de quarks-gluones

Plasma de quarks-gluones


“Estamos entrando rápidamente en una era de investigación detallada”, dice el físico teórico del CERN Urs Wiedemann. “Por el momento, la naturaleza nos ha dado las herramientas adecuadas para estudiar las propiedades del QGP”.

El plasma de quarks-gluones es un estado de la materia en el que los quarks, que normalmente aparecen en parejas o tríos, flotan libremente en una sopa caliente cósmica. Los teóricos creen que el universo estaba en este estado unos microsegundos tras el Big Bang, justo antes de enfriarse y pasar al estado normal de materia que vemos actualmente.

Comprender las propiedades del QGP no explica por completo cómo se formó el universo de la forma en que lo hizo, dice Wiedemann.

“Es como preguntarse cómo afectó la alimentación de un niño a la edad de 10 años a su altura a los 18”, comenta. “Está claro que su nutrición afectó a la altura, pero es solo uno entre mucho factores”.

Aun así, dice, merece la pena estudiarlo. De las múltiples transiciones de fase que los teóricos creen que sufrió el universo tras el Big Bang, solo la de QGP a materia normal está actualmente accesible a los experimentos creados por la humanidad.

El Colisionador de Iones Pesados Relativistas, o RHIC, en el Laboratorio Nacional Brookhaven y el Gran Colisionador de Hadrones, o LHC, en el CERN se complementan bien en el estudio del plasma de quarks-gluones. El RHIC puede crear el QGP en colisiones en un amplio rango de energías, aunque dura apenas unos momentos antes de enfriarse y volver a seer materia común. El LHC puede crear plasma de quarks-gluones a altas energías, que duran más antes de volver a estado normal.

Los experimentos STAR y PHENIX en el RHIC y ALICE, CMS y ATLAS en el LHC presentaron resultados preliminares de sus últimos estudios del QGP esta semana en la conferencia Quark Matter en Washington D.C.

El LHC ha pasado un mes cada uno de los dos últimos años colisionando iones pesados de plomo para estudiar el QGP a alta energía. Este año el RHIC diversificó, colisionando iones de uranio entre sí, e iones de oro con otros de cobre, entre otras combinaciones. Hicieron esto a energías que van desde los 7,7 a los 200 GeV.

“Lo realmente genial y nuevo es que tenemos una gran cantidad de pulsadores que ahora sabemos cómo controlar”, dice la portavoz de PHENIX Barbara Jacak. “Esto es lo que me apasiona de este campo ahora mismo”.

Además, los científicos del RHIC presentaron nuevos datos procedentes de experimentos de control en los que no se creó plasma de quarks-gluones.

Los experimentos del RHIC han empezado a estudiar un posible límite entre la materia normal y el QGP, que podría tener lugar por debajo de los 39 GeV.

Ellos y los experimentos en el LHC también han realizado avances significativos en el estudio de los quarks encantados (charm), las partículas pesadas afectadas por el QGP. Del mismo modo que observar la fusión de un cubito de hielo pueden decirte algo sobre la temperatura del aire a su alrededor, observar la separación de un quark encantado y su antipartícula puede decirte algo sobre las características del QGP a su alrededor.

“Hemos recorrido un largo camino para comprender cómo funciona todo esto”, dice el físico de ALICE Peter Jacobs del Laboratorio Nacional Lawrence de Berkeley.

El experimento ALICE se benefició este año de tener acabada una pieza significativa de su detector, el calorímetro electromagnético, que permitió a los científicos de ALICE hacer un estudio mucho más detallado de los chorros de partículas que son eliminados al intentar moverse a través del plasma de quarks-gluones.

Los resultados de la conferencia de este año puede que solo sean preliminares, pero los científicos se ven animados por el progreso que han realizado en múltiples frentes en su camino hacia la comprensión del nacimiento del universo.


Autor: Kathryn Jepsen
Fecha Original: 15 de agosto de 2012
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Comments (2)

  1. reneco

    De nuevo me encuentro con estas percepciones de la materia que no son mas que interpretaciones que queremos darle a un ente físico que es mutable en distintas condiciones

  2. ¡Hola, amigos!

    Interesante artículo que nos habla de avances que nos llevan de la mano a que, cada día que pasa, conozcamos un poco mejor lo que ocurre por ahí “fuera”, en las inmensidades del espacio interestelar y en las galaxias.

    La Hipótesis de estrella de Quarks (EQs) podrían responder a muchos interrogantes surgidos a partir de observaciones astrofísicas que no coinciden con los modelos canónicos teóricos de las Estrellas de Neutrones ( ENs ).

    Decimos que son hipotéticas porque se conjetura que estarían formadas por Materia Extraña ( ME ). La comunidad astrofísica espera evidencias observacionales que permitan diferenciarlas de las ENs, ya que podrían explicar un conjunto de observaciones astronómicas que aún resultan una incógnita.

    Es sabido que una EN es el remanente del colapso de una estrella masiva. El colapso de la estrella, la supernova, da lugar a un núcleo compacto hiperdenso de hierro y otros metales pesados que sigue comprimiéndose y calentándose. Su densidad continúa aumentando, dando lugar a una “neutronización“ (recombinación de electrones con protones que resultan en neutrones) y el gas degenerado de neutrones frena el colapso del remanente.

    Una EQ, a diferencia de una EN, no se originaría necesariamente de una evolución estelar después del agotamiento del combustible nuclear de una estrella normal. Sería, probablemente, producto de la transición de fase hadrón-quark a altísima densidad. La Cromodinámica Cuántica (CDC), la Teoría de las Interacciones Fuertes que ocurren dentro de los nucleones (protones y neutrones), concibe teóricamente la idea de la transición de fase hadrón-quark a temperaturas y/ o densidades extremadamente altas con el consecuente desconfinamiento de quarks y gluones, que formarían una especie de “sopa “. Sin embargo, los quarks libres no se han encontrado aún, en uno u otro límite, en ningún experimento terrestre.

    La “sopa“ que mencionamos antes, se conoce como Plasma Quark-Gluón ( PQG ). En el límite de altas temperaturas, el PQG está tratando de obtenerse en el laboratorio y existen fuertes indicios de que se logre con éxito experimentos de altas energías como el Colisionador Relativista de Iones Pesados (conocido por sus siglas en ingles como RHIC) de Brookhaven, New York.

    Por otro lado, se espera que a través de observaciones astronómicas se compruebe que la transición a altas densidades se hubiese producido en el interior de alguna EN. Esto se debe a que los valores de densidades estimados para que dicha transición tuviese lugar coinciden con densidades del orden de (3 exp. – 12) ρ0 (siendo ρ0 ̃ 0, 17 fmˉ ³ la densidad de equilibrio nuclear) que son típicas del interior de las ENs. Los cálculos basados en diferentes ecuaciones de estado de la materia nuclear muestran estos resultados, por lo que sería razonable que el núcleo de las ENs estuviese formado por materia de quarks.

    Recientemente, la relación entre campo magnéticos y materia densa está atrayendo la atención de los astrofísicos, especialmente después de las observaciones de emisiones peculiares de pulsares anómalos de rayos X, que se interpretan como ENs en rotación, y de emisiones de radiación γ de baja energía de los llamados repetidores de rayos γ suaves ( SGRs – soƒt gamma-ray repeaters ). El motor central de esas radiaciones podría ser un campo magnético mayor que 4 x 10¹³ Gauss, que es el campo crítico previsto por la Electrodinámica Cuántica.

    Muchas observaciones astronómicas indirectas sólo se explicarían a través de la existencia de campos magnéticos muy intensos en los núcleos de ENs en EQs, de manera que el papel que juega el campo magnético en la ME aún constituye un problema abierto y de sumo interés en la Astrofísica.

    Son muchos los misterios que están presentes en el Universo y, nosotros, debemos recorrerlos para tratar de desvelarlos.

    ¡El Universo! ¡Menos mal!: Sigue siendo un misterio.

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