Los protones cargados positivamente en los núcleos atómicos deberían repelerse entre sí, y sin embargo, incluso los núcleos pesados ​​con muchos protones y neutrones se mantienen unidos. La llamada interacción fuerte es responsable de esto. La profesora Laura Fabbietti y su grupo de investigación en la Universidad Técnica de Munich (TUM) han desarrollado un método para medir con precisión la interacción fuerte utilizando colisiones de partículas en el experimento ALICE en el CERN en Ginebra.

La interacción fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la física. Es esencialmente responsable de la existencia de núcleos atómicos que constan de varios protones y neutrones. Los protones y neutrones están formados por partículas más pequeñas, los llamados quarks. Y ellos también se mantienen unidos por la fuerte interacción.

Como parte del proyecto ALICE (A Large Ion Collider Experiment) en el CERN en Ginebra, La profesora Laura Fabbietti y su grupo de investigación en la Universidad Técnica de Munich han desarrollado un método para determinar con alta precisión las fuerzas que actúan entre protones e hiperones, partículas inestables que comprenden los llamados quarks extraños.

Las mediciones no solo son pioneras en el campo de la física nuclear, sino también la clave para comprender las estrellas de neutrones, uno de los objetos más enigmáticos y fascinantes de nuestro universo.

Comparación entre teoría y experimento

Uno de los mayores desafíos de la física nuclear en la actualidad es comprender la fuerte interacción entre partículas con contenido de quarks diferente de los primeros principios, es decir, a partir de la fuerte interacción entre los componentes de las partículas, los quarks y los gluones, que transmiten la fuerza de interacción.

La teoría de la interacción fuerte se puede utilizar para determinar la fuerza de la interacción. Sin embargo, Estos cálculos no proporcionan predicciones fiables para nucleones normales con quarks up y down, pero para nucleones que contienen quarks pesados, como hiperones que contienen uno o más quarks extraños.

Los experimentos para determinar la interacción fuerte son extremadamente difíciles porque los hiperones son partículas inestables que se descomponen rápidamente después de la producción. Esta dificultad ha impedido hasta ahora una comparación significativa entre teoría y experimento. El método de investigación implementado por la profesora Laura Fabbietti ahora abre una puerta a estudios de alta precisión de la dinámica de la fuerza fuerte en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

Medición de la fuerza fuerte incluso para los hiperones más raros

Hace cuatro años, Prof. Fabbietti, profesor de Materia Hadrónica Densa y Extraña en TUM, propuso emplear una técnica llamada femtoscopia para estudiar la fuerte interacción en el experimento ALICE. La técnica permite investigar escalas espaciales cercanas a 1 femtómetro (10 ^ -15 metros), aproximadamente del tamaño de un protón, y el rango espacial de la acción de fuerza fuerte.

Mientras tanto, El grupo del profesor Fabbietti en TUM logró no solo analizar los datos experimentales para la mayoría de las combinaciones hiperón-nucleón, También lograron medir la interacción fuerte para el más raro de todos los hiperones, el Omega, que consta de tres quarks extraños. Es más, el grupo también desarrolló su propio marco que es capaz de producir predicciones teóricas.

"Mi grupo TUM ha abierto una nueva vía para la física nuclear en el LHC, uno que involucre todo tipo de quarks, alcanzando una precisión inesperada en un lugar que nadie ha mirado hasta ahora, "dice el profesor Fabbietti. El trabajo publicado ahora en" naturaleza "presenta sólo algunas de las muchas interacciones medidas por primera vez.

¿Las estrellas de neutrones contienen hiperones?

Comprender la interacción entre hiperones y nucleones también es extremadamente importante para probar la hipótesis de si las estrellas de neutrones contienen hiperones. Las fuerzas que existen entre las partículas influyen directamente en el tamaño de una estrella de neutrones.

Hasta aquí, se desconoce la relación entre la masa y el radio de una estrella de neutrones. En el futuro, Por tanto, el trabajo del profesor Fabbietti también ayudará a resolver el enigma de las estrellas de neutrones.