El artículo

El resultado del que se están haciendo eco los medios es:

Multiplicity and transverse-momentum dependence of two- and four-particle correlations in pPb and PbPb collisions, de la colaboración CMS en el LHC.

Es un artículo muy técnico con multitud de detalles sobre el experimento y sobre el tratamiento de los datos. Es un poco árido.

Aquí vamos a intentar explicar algunas de las ideas que están relacionadas con el resultado experimental.

Hadrones, quarks, colores y gluones

bariones mesonesLos hadrones son partículas no elementales, están formadas por constituyentes más básicos, que son capaces de interactuar bajo la interacción fuerte. Actualmente sabemos que los hadrones están formados por quarks. Y tenemos una subclasificación:

  1. Mesones--> Formados por un quark y un antiquark.
  2. Bariones--> Formados por tres quarks.

La interacción fuerte solo es sentida por partículas que tienen una carga específica que puede tomar tres valores. A esta carga la llamamos, color.

Todos sabemos que la carga eléctrica, que es la involucrada en la interacción electromagnética, tiene dos posibilidades, positiva y negativa. La carga de color puede ser de tres tipos:

  • Rojo  (R, de red en inglés)
  • Azul  (B, de azul en inglés)
  • Verde (G, de green en inglés)

La teoría que describe las interacciones entre partículas elementales nos dice que dichas interacciones se deben al intercambio de unas partículas denominadas, bosones mensajeros.  Para la interacción fuerte estos bosones son  los gluones.

proton quarks gluones

 

 Por ejemplo, el amigo protón está constituido por tres quarks unidos entre si por gluones. Estos quarks están intercambiando estos gluones.

Esto quiere decir que algunas propiedades de un protón, como su carga eléctrica o su espín, pueden ser entendidas a partir de solo tres quarks. Sin embargo, en la teoría cuántica sabemos que las partículas se pueden crear y destruir. De hecho, la imagen actual de un protón nos habla de un objeto muy complicado (Aquí una explicación de la evidencia experimental).

 

proton complicado

Quarks, encarcelados y libres

libertad asintóticaCuando uno está encadenado a una pared puede moverse libremente siempre y cuando no supere la longitud de la cadena. Si intentamos escapar la cadena lo impedirá y nos obligará a volver a una distancia menor que su longitud.

Justo es lo que les pasa a los quarks. Cuando están cercanos se mueven libremente, lo que se conoce como libertad asintótica, sin embargo, no puede haber un quark libre, siempre tienen que estar en combinaciones de tres quarks o de quark/antiquark, lo que se denomina, confinamiento.  Esta es una propiedad característica de la interacción fuerte, su intensidad aumenta con la distancia entre quarks y además solo permite combinaciones de color/anticolor o de rojo-verde-azul, lo que se denominan combinaciones neutras.

 

Colisiones de nucleos pesados y condensado de quarks-gluones

En experimentos en los que se colisionaban núcleos de oro o de plomo entre si se había visto que en la dirección transversal a la dirección de colisión se encontraba un comportamiento colectivo en partículas emitidas.

tansversal

Esto es un indicio de la existencia del condensado quark-gluon. Este condensado sería un estado de la materia en los que quarks y gluones estarían en equilibrio de color (estado neutro) y se alcanzaría a alta densidad y temperatura.

quark-gluon

Por así decirlo, las partículas hadrónicas se 'fundirían' y tendrían un comportamiento colectivo.  Se piensa que el universo estuvo en esta fase al principio de su evolución. Estudiar este estado de la materia nos ayudaría a entender la estrctura de los núcleos, la interacción fuerte y los estados iniciales del universo.

Lo que han visto en este experimento es que colisiones de protones y núcleos de plomo también producen este tipo de comportamiento. Esto es muy interesante porque se creía que no era posible acceder a este estado sin usar iones grandes como oro o plomo.

En las colisiones protón-núcleo de plomo, se ha observado este efecto de partículas que se mueven colectivamente con características de un "líquido" que se expande. La duración de estos estados es muy corta pero ahora se ha podido medir experimentalmente su presencia.

Este es un gran paso experimental y nos dará muchas pistas sobre el estado de plasma de quark-gluones y de la interacción fuerte. Sin duda, se han conseguido las gotas más pequeñas de la historia.

Nos seguimos leyendo...

 

Enrique F. Borja
Enrique F. Borja

Profesor asociado en el departamento de Matemática Aplicada I de la Universidad de Sevilla.

Sobre este blog

La física nos está regalando muchas sorpresas. En este blog intentaremos explicar los nuevos avances de esta maravillosa ciencia de forma amena y asequible. Seguiremos al pie de la letra lo que dijo Asimov, el paso fundamental para descubrir algo en ciencia empieza siempre con la frase «Es extraño...»

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