Los neutrones vuelan hacia la izquierda o hacia la derecha

GIF Investigadores del Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) en Brookhaven National Lab (BNL) en los EE. UU. Han descubierto que cuando los protones giran chocan con los núcleos, producen neutrones que vuelan en diferentes direcciones que dependen del tamaño del núcleo objetivo. Los físicos dicen que esta observación inesperada sugiere que el mecanismo de producción de neutrones es diferente para núcleos grandes y pequeños. Agregan que esto podría tener implicaciones importantes para interpretar otras colisiones de partículas de alta energía, incluidas las interacciones de los rayos cósmicos de ultra alta energía con la atmósfera de la Tierra. RHIC ha estado operando desde el año 2000 y es el único colisionador en el mundo con la capacidad de controlar con precisión la polarización de giro de los protones colisionantes. Durante su primera carrera de protones polarizados en 2001-2002, los investigadores descubrieron que cuando un protón con giro hacia arriba colisiona con otro protón, el neutrón producido en la colisión prefiere emerger hacia la derecha . Casi una década más tarde, en 2011, los físicos teóricos publicaron un documento explicando este resultado. Pero luego en 2015 un estudiante de doctorado en la Universidad Nacional de Seúl en Corea del Sur y BNL, Minjung Kim , hizo un descubrimiento sorpresa. Observó que cuando los protones colisionaban con núcleos de oro, que son mucho más grandes que los protones, producen un neutrón con una fuerte preferencia para viajar en la otra dirección : hacia la izquierda. Completamente inesperado Este cambio en la preferencia direccional no fue predicho por la teoría de 2011. "Lo que descubrimos de las colisiones con núcleos de oro en 2015 no fue solo que la magnitud de la asimetría aumentó en un factor de alrededor de tres, sino también su signo volteado, con la dirección de dispersión preferida cambiando de derecha a izquierda", Alexander Bazilevsky , un físico de BNL y portavoz adjunto de la colaboración de PHENIX en RHIC, cuenta a Physics World . "Fue completamente inesperado". Para confirmar el hallazgo de Kim, los físicos de PHENIX trabajaron en análisis de datos y simulaciones de detectores, y repitieron las mediciones en condiciones controladas con mayor precisión. Estos nuevos experimentos también incluyeron colisiones entre protones y núcleos de aluminio, que se encuentran entre los protones y los núcleos de oro en tamaño. Los resultados confirmaron que las colisiones protón-protón producen una asimetría direccional con más neutrones que se dispersan hacia la derecha, mientras que las colisiones protón-oro producen una asimetría más fuerte con neutrones que se dispersan hacia la izquierda. Y, las colisiones con los iones de aluminio de tamaño intermedio produjeron neutrones con asimetría casi cero, un número aproximadamente igual disperso en cada dirección. Colisiones cargadas Para explicar sus hallazgos, los físicos observaron de cerca los procesos y fuerzas que afectan a las partículas dispersas. Llegaron a la conclusión de que en las colisiones protón-protón la asimetría es impulsada por interacciones gobernadas por la fuerza nuclear fuerte, como se describe en la teoría de 2011. Sin embargo, en los núcleos grandes con carga eléctrica más positiva, las interacciones electromagnéticas juegan un papel mucho más importante en la producción de partículas que en las colisiones entre dos protones igualmente cargados. "Creemos que debido a la carga eléctrica mucho mayor del núcleo de oro en comparación con el protón, las interacciones electromagnéticas juegan un papel más importante para la producción de neutrones en competencia con interacciones nucleares fuertes, con asimetría generada de signo opuesto a la producida por interacciones nucleares fuertes" explica Bazilevsky. Agrega que en los núcleos de aluminio de tamaño mediano las asimetrías generadas por las interacciones electromagnéticas y nucleares se anulan mutuamente, y el resultado es una asimetría direccional en los neutrones resultantes. "Como muestra nuestro artículo, la fluencia del signo de asimetría ocurre alrededor del núcleo de aluminio, por lo que esperaríamos que todo núcleo más ligero que el aluminio generaría asimetría negativa (preferencia correcta), y todo núcleo más pesado produciría asimetría positiva (preferencia izquierda)", explica . El estudio se describe en Physical Review Letters . Sobre el Autor Michael Allen es un escritor de ciencia basado en el Reino Unido