La teoría de Einstein predice un extraño estado de la materia. ¿Podría estar al acecho en Atom Smasher más grande del mundo?

septiembre 27, 2019

La búsqueda se reduce a una misteriosa forma de materia predicha de La teoría de la relatividad especial de Einstein. Después de más de una década de búsqueda, los científicos del mayor colisionador de partículas del mundo creen que están a punto de encontrarlo.

Pero los investigadores no están buscando en las tripas de partículas explotadas juntas casi a la velocidad de la luz.

En cambio, los físicos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un anillo de 17 millas (27 kilómetros) enterrado bajo tierra cerca de la frontera entre Francia y Suiza, está buscando la materia faltante, llamada condensado de vidrio de color, al estudiar qué sucede cuando las partículas no colisionan, sino que se acercan otro en casi fallas.

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En el Modelo Estándar de física, la teoría que describe el zoológico de partículas subatómicas, el 98% de la materia visible en el universo se mantiene unida por partículas fundamentales llamados gluones. Estas partículas bien nombradas son responsables de la fuerza que se pega quarks para formar protones y neutrones. Cuando los protones se aceleran cerca de la velocidad de la luz, se produce un fenómeno extraño: la concentración de gluones dentro de ellos se dispara.

"En estos casos, los gluones se dividen en pares de gluones con energías más bajas, y dichos gluones se dividen posteriormente, y así sucesivamente", Daniel Tapia Takaki, profesor asociado de física y astronomía en la Universidad de Kansas, dijo en un comunicado. "En algún momento, la división de los gluones dentro del protón alcanza un límite en el que la multiplicación de gluones deja de aumentar. Tal estado se conoce como el condensado de vidrio de color, una fase hipotética de la materia que se cree que existe en niveles muy altos. protones de energía y también en núcleos pesados ​​".

De acuerdo a Laboratorio Nacional Brookhaven, el condensado podría explicar muchos misterios no resueltos de la física, como cómo se forman las partículas en colisiones de alta energía, o cómo se distribuye la materia dentro de las partículas. Sin embargo, confirmar su existencia ha eludido a los científicos durante décadas. Pero en 2000, los físicos del colisionador de iones pesados ​​relativistas de Brookhaven encontraron los primeros signos de que podría existir el condensado de vidrio de color.

Cuando el laboratorio destrozó los átomos de oro despojados de sus electrones, encontraron una extraña señal en las partículas que salían de las colisiones, insinuando que los protones de los átomos estaban repletos de gluones y comenzando a formar el condensado de vidrio de color. Otros experimentos con colisión de iones pesados ​​en el LHC han tenido resultados similares. Sin embargo, la colisión de protones a velocidades relativistas solo puede dar un vistazo fugaz de las entrañas de los protones antes de que las partículas subatómicas exploten violentamente. Sondear el interior de los protones tiene un enfoque más suave.

Cuando las partículas cargadas, como los protones, se aceleran a altas velocidades, crean fuertes electromagnético campos y liberan energía en forma de fotones, o partículas de luz. (Gracias a la naturaleza dual de la luz, también es una onda). Estas fugas de energía fueron descartadas como un efecto secundario no deseado de los aceleradores de partículas, pero los físicos han aprendido nuevas formas de utilizar estos fotones de alta energía para su beneficio.

Si los protones se topan entre sí en el acelerador, la tormenta de fotones que liberan puede causar colisiones de protones contra fotones. Estas llamadas colisiones ultraperiféricas son la clave para comprender el funcionamiento interno de los protones de alta energía.

"Cuando una onda de luz de alta energía golpea un protón, produce partículas, todo tipo de partículas, sin romper el protón", Tapia Takaki, dijo en un comunicado. "Nuestro detector registra estas partículas y nos permite reconstruir una imagen de alta calidad sin precedentes de lo que hay dentro".

Tapia Takaki y una colaboración internacional de científicos ahora están utilizando este método para localizar el escurridizo condensado de vidrio de color. Los investigadores publicaron los primeros resultados de su estudio en la edición de agosto de El diario físico europeo C. Por primera vez, el equipo pudo medir indirectamente la densidad de gluones en cuatro niveles de energía diferentes. En el nivel más alto, encontraron evidencia de que un condensado de vidrio de color apenas comenzaba a formarse.

Los resultados experimentales "… son muy emocionantes, ya que brindan nueva información sobre la dinámica del gluón en el protón, [b]Pero hay muchas preguntas teóricas que no han sido respondidas ", dijo en el comunicado Victor Goncalves, profesor de física en la Universidad Federal de Pelotas en Brasil y coautor del estudio.

Por ahora, la existencia de condensado de vidrio de color sigue siendo un misterio difícil de alcanzar.

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