Cuarks extraños detectados en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) arrojan luz acerca de la sopa primigenia justo luego del Big Bang
Un túnel que alberga el experimento Large Hadron Collider en CERN cerca de Ginebra en 2014. Crédito de la imagen: PIERRE ALBOUY/REUTERS
Original por Hannah Osborne para Newsweek 4/24/17
Al observar las colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones, los científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) —uno de los mayores organismos de investigación científica del mundo- están aprendiendo más sobre la "sopa primordial" que existía justo después del Big Bang. En los experimentos, los científicos han demostrado ahora que las colisiones de protones pueden producir un gran número de partículas extrañas, y es la primera vez que esto se ha observado en colisiones con algo que no sea núcleos pesados.
Unas pocas mil millonésimas de segundo después del Big Bang —en la actualidad la teoría más aceptada de cómo se formó el universo— no existían partículas elementales, incluyendo protones y neutrones. En vez de eso, sus bloques de edificios — quarks y gluones — estaban en una especie de sopa caliente y primordial donde podían vagar libremente. Esta sopa es conocida como un plasma de quark-gluón.
El estudio del plasma quark-gluon permite a los científicos investigar las propiedades de la interacción fuerte —una de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas de la naturaleza, siendo los otros la débil interacción, la gravedad y el electromagnetismo. Pero para crear este plasma, los científicos necesitan temperaturas extremadamente altas y densidades de energía altas. Estas condiciones, que pueden crearse en el Gran Colisionador de Hadrones, permiten que los quarks y gluones se liberen. Pero sólo en ciertas colisiones se producen "quarks extraños", la colisión de núcleos pesados.
Los hadrones extraños son partículas bien conocidas e incluyen los gustos de Xi, Omega y Kaon. Cuando se produce plasma de quark-gluón, hay una producción aumentada de partículas extrañas. Los científicos de la colaboración de ALICE en CERN -que detecta y estudia plasma de quark-gluon- han demostrado ahora que este fenómeno, por el cual se produce un gran número de partículas extrañas que contienen quarks, puede resultar de la colisión de protones —que son mucho más ligeros. Sus hallazgos fueron publicados el lunes en Nature Physics.
La producción de quarks extraños con protones es más fácil que el uso de núcleos pesados, lo que significa que los científicos pueden realizar pruebas más fácilmente en el plasma que existía al comienzo del universo. "Estamos muy entusiasmados con este descubrimiento", dijo Federico Antinori, portavoz de ALICE, en un comunicado. "Estamos aprendiendo mucho sobre este estado primordial 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 fundamental del que nuestro universo surgió. "
Colisión de iones Proton-Lead registrada por el experimento ALICE el 13 de septiembre de 2012.
Además de proporcionar una nueva vía para la investigación, los científicos también encontraron que la tasa de producción de partículas extrañas aumentó a un ritmo más rápido que otras partículas generadas en la misma colisión. El aumento de la producción de extrañeza se cree que es el resultado de la formación de plasma de quark-gluón, por lo que estudiar esto ayudará a los científicos a comprender los mecanismos microscópicos.
Los investigadores también afirman que los resultados desafían modelos teóricos actuales que no predicen un aumento en la producción de partículas extrañas a partir de colisiones de protones: "Esto puede apuntar hacia un mecanismo físico común que compensa gradualmente la supresión de la extrañeza en la fragmentación", escribió el equipo. "Estudios más amplios que se extienden a una multiplicidad más alta en sistemas pequeños son esenciales, ya que demostrarían si la producción de extrañeza se satura en el equilibrio térmico ... o continúa aumentando".
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Un túnel que alberga el experimento Large Hadron Collider en CERN cerca de Ginebra en 2014. Crédito de la imagen: PIERRE ALBOUY/REUTERS
Original por Hannah Osborne para Newsweek 4/24/17
Al observar las colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones, los científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) —uno de los mayores organismos de investigación científica del mundo- están aprendiendo más sobre la "sopa primordial" que existía justo después del Big Bang. En los experimentos, los científicos han demostrado ahora que las colisiones de protones pueden producir un gran número de partículas extrañas, y es la primera vez que esto se ha observado en colisiones con algo que no sea núcleos pesados.
Unas pocas mil millonésimas de segundo después del Big Bang —en la actualidad la teoría más aceptada de cómo se formó el universo— no existían partículas elementales, incluyendo protones y neutrones. En vez de eso, sus bloques de edificios — quarks y gluones — estaban en una especie de sopa caliente y primordial donde podían vagar libremente. Esta sopa es conocida como un plasma de quark-gluón.
El estudio del plasma quark-gluon permite a los científicos investigar las propiedades de la interacción fuerte —una de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas de la naturaleza, siendo los otros la débil interacción, la gravedad y el electromagnetismo. Pero para crear este plasma, los científicos necesitan temperaturas extremadamente altas y densidades de energía altas. Estas condiciones, que pueden crearse en el Gran Colisionador de Hadrones, permiten que los quarks y gluones se liberen. Pero sólo en ciertas colisiones se producen "quarks extraños", la colisión de núcleos pesados.
Los hadrones extraños son partículas bien conocidas e incluyen los gustos de Xi, Omega y Kaon. Cuando se produce plasma de quark-gluón, hay una producción aumentada de partículas extrañas. Los científicos de la colaboración de ALICE en CERN -que detecta y estudia plasma de quark-gluon- han demostrado ahora que este fenómeno, por el cual se produce un gran número de partículas extrañas que contienen quarks, puede resultar de la colisión de protones —que son mucho más ligeros. Sus hallazgos fueron publicados el lunes en Nature Physics.
La producción de quarks extraños con protones es más fácil que el uso de núcleos pesados, lo que significa que los científicos pueden realizar pruebas más fácilmente en el plasma que existía al comienzo del universo. "Estamos muy entusiasmados con este descubrimiento", dijo Federico Antinori, portavoz de ALICE, en un comunicado. "Estamos aprendiendo mucho sobre este estado primordial 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 fundamental del que nuestro universo surgió. "
Colisión de iones Proton-Lead registrada por el experimento ALICE el 13 de septiembre de 2012.
Además de proporcionar una nueva vía para la investigación, los científicos también encontraron que la tasa de producción de partículas extrañas aumentó a un ritmo más rápido que otras partículas generadas en la misma colisión. El aumento de la producción de extrañeza se cree que es el resultado de la formación de plasma de quark-gluón, por lo que estudiar esto ayudará a los científicos a comprender los mecanismos microscópicos.
Los investigadores también afirman que los resultados desafían modelos teóricos actuales que no predicen un aumento en la producción de partículas extrañas a partir de colisiones de protones: "Esto puede apuntar hacia un mecanismo físico común que compensa gradualmente la supresión de la extrañeza en la fragmentación", escribió el equipo. "Estudios más amplios que se extienden a una multiplicidad más alta en sistemas pequeños son esenciales, ya que demostrarían si la producción de extrañeza se satura en el equilibrio térmico ... o continúa aumentando".
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