El detector STAR en el Colisionador Relativista de Iones Pesados
LABORATORIO NACIONAL DE BROOKHAVEN
Nos estamos acercando a comprender cuándo la fuerza nuclear fuerte afloja su control sobre los constituyentes más básicos de la materia, permitiendo que los quarks y gluones dentro de las partículas se conviertan abruptamente en una sopa de partículas caliente.
Existe una combinación especial de temperatura y presión en la que las tres fases del agua (líquido, hielo y vapor) existen simultáneamente. Durante décadas, los investigadores han estado buscando un “punto crítico” similar para la materia gobernada por la fuerza nuclear fuerte, que une los quarks y gluones en protones y neutrones.
La colisión de iones en colisionadores de partículas puede crear un estado en el que la fuerza fuerte se descompone y permite que los quarks y gluones formen un “plasma de quarks-gluones” espeso. Pero aún no está claro si esta transición está precedida por un punto crítico. Xin Dong del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California y sus colegas ahora están más cerca de aclararlo.
Analizaron el número y la distribución de las partículas creadas tras la colisión de dos iones de oro muy energéticos en el Colisionador Relativista de Iones Pesados del Laboratorio Nacional Brookhaven en el estado de Nueva York. Dong dice que estaban intentando efectivamente crear un diagrama de fases para quarks y gluones, un mapa que muestra qué tipos de materia permite que se forme la fuerza fuerte en diferentes circunstancias. El nuevo experimento no identificó con gran certeza el punto crítico en este mapa, pero redujo significativamente la región donde podría estar.
Hay una parte del diagrama de fases donde la materia se “derrite” en plasma gradualmente, como la mantequilla que se ablanda en la encimera, pero el punto crítico se alinearía con una transición más abrupta, como trozos de hielo que aparecen repentinamente en agua líquida, dice Agnieszka Sorensen de la Instalación para Haces de Isótopos Raros en Michigan, que no participó en el trabajo. El nuevo experimento servirá no sólo como guía para saber dónde buscar este punto, sino que también ha revelado qué propiedades de las partículas pueden ofrecer las mejores pistas de que existe, afirma.
Claudia Ratti, de la Universidad de Houston en Texas, dice que muchos investigadores han estado anticipando con entusiasmo este nuevo análisis porque arrojó una precisión que las mediciones anteriores no pudieron lograr, y lo hizo para una parte del diagrama de fases donde los cálculos teóricos son notoriamente difíciles. Recientemente, varias predicciones para la ubicación del punto crítico han convergido, y el desafío para los experimentadores será analizar los datos para las energías de colisión aún más bajas correspondientes a estas predicciones, dice.
Una detección inequívoca del punto crítico sería un avance generacional, afirma Dong. Esto se debe en parte a que la fuerza fuerte es la única fuerza fundamental que los físicos sospechan que tiene un punto crítico. Además, esta fuerza ha desempeñado un papel importante en la configuración de nuestro universo: gobernó las propiedades de la materia densa y caliente creada inmediatamente después del Big Bang, y todavía dicta la estructura de las estrellas de neutrones. Dong dice que experimentos con colisionadores como el nuevo podrían ayudarnos a comprender qué sucede dentro de estos objetos cósmicos exóticos una vez que completemos el diagrama de fases de fuerza fuerte.
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