Después de siete meses exitosos de colisión de haces de protones entre sí en la búsqueda de nuevas partículas fundamentales, Hoy en día, el LHC comenzó a colisionar haces de protones con haces compuestos de iones pesados, los núcleos de los átomos de plomo.

El estudio de estas colisiones asimétricas proporcionará a los físicos conocimientos más precisos sobre el estado del universo unas millonésimas de segundo después del Big Bang.

Durante este breve período, el universo estaba lleno de todo tipo de partículas que se movían casi a la velocidad de la luz. La mezcla estuvo dominada por quarks -unidades fundamentales de la materia- y por gluones, portadores de la fuerza fuerte que normalmente une a los quarks en protones y neutrones familiares. En esos primeros momentos de temperaturas y densidades extremas, los protones y neutrones aún no se habían formado y los quarks y gluones estaban unidos solo débilmente, libres de moverse por sí mismos en lo que se llama plasma de quark-gluón.

Normalmente, Los físicos recrean estas condiciones colisionando dos haces, ambos compuestos por el mismo tipo de iones pesados, como el plomo.

Pero una noche de septiembre de 2012, Los físicos del LHC optaron por colisionar haces de dos partículas diferentes por primera vez:iones pesados ​​con protones menos masivos. Analizando los datos, los investigadores se sorprendieron al ver en una fracción de las colisiones señales de una expansión colectiva del sistema, una especie de mini-Big Bang. Este es un sello característico de las colisiones plomo-plomo, y bien conocido por estar asociado con las propiedades del plasma de quark-gluón, pero nunca antes se había visto en colisiones plomo-protón.

Luego, en 2013, un mes completo de colisiones protón-plomo confirmó esas primeras observaciones.

Este año, Los haces de protones y plomo chocarán a dos energías diferentes:5.02 TeV y, más tarde en el mes, el máximo posible 8.16 TeV. La menor energía será equivalente a la de las colisiones plomo-plomo en 2015, las primeras colisiones protón-plomo y también algunas colisiones protón-protón, lo que significa que los investigadores podrán hacer comparaciones directas entre los tres.

"Las colisiones de protones y plomo son algo que el LHC no estaba previsto que hiciera originalmente, pero ahora tiene un interés físico aún mayor de lo esperado. Todos los experimentos se han unido al programa, incluyendo LHCb que originalmente no era un experimento de iones pesados, "dice John Jowett, el físico acelerador del CERN responsable de los iones pesados ​​en el LHC.

Si bien todos los experimentos tomarán algunos datos, la carrera de menor energía se realiza principalmente para los científicos del experimento ALICE del CERN, que quieren recopilar muchos más datos, de más eventos y con mayor precisión, para obtener mejores estadísticas que en 2013.

"Estamos muy entusiasmados con la posibilidad en esta serie de comprender una faceta completamente nueva de este fenómeno. Comprender con qué intensidad se comporta la materia que interactúa en el sistema más simple de protón-plomo podría ser la clave para comprender cómo se forma el plasma de quark-gluón "explica Federico Antinori, portavoz electo del experimento ALICE del CERN.

Los iones de plomo tienen 82 veces la carga y son 206,4 veces más masivos que los protones. Chocando estos rayos asimétricos, con propiedades y tiempos de vida muy diferentes, conduce a muchos desafíos para los físicos y operadores del acelerador del LHC. Se realizó una gran cantidad de trabajo de ingeniería preparatoria en la parada técnica de la semana pasada, incluidas modificaciones especiales en la instrumentación del haz del LHC y los sistemas que inyectan el haz.

"Se pensó que esto no funcionaría en absoluto, a medida que las partículas de diferentes tipos se mueven alrededor del LHC a diferentes velocidades, a la energía de inyección, el haz de plomo es ligeramente más lento que los protones, por lo que da siete vueltas menos alrededor del anillo en un minuto (los protones producen 674, 729 en ese tiempo). Esos problemas se resolvieron en 2012, pero la física del haz y la configuración operativa siguen siendo un territorio complicado y algo inexplorado ", dice Jowett.

"Esta es la primera vez que realizamos colisiones de protones de plomo desde 2013, proporcionar datos que son importantes para interpretar los resultados de las colisiones plomo-plomo, "dice Frédérick Bordry, Director de Aceleradores y Tecnología del CERN. "También es la última ejecución de iones hasta 2018".