En un artículo publicado hoy en Física de la naturaleza , La colaboración de ALICE informa que las colisiones de protones a veces presentan patrones similares a los observados en las colisiones de núcleos pesados. Este comportamiento se detectó mediante la observación de los llamados hadrones extraños en ciertas colisiones de protones en las que se crea una gran cantidad de partículas. Los hadrones extraños son partículas bien conocidas con nombres como Kaon, Lambda Xi y Omega, todos contienen al menos un quark extraño llamado. La 'producción mejorada de partículas extrañas' observada es una característica familiar del plasma de quark-gluón, un estado de materia muy caliente y denso que existía solo unas millonésimas de segundo después del Big Bang, y se crea comúnmente en colisiones de núcleos pesados. Pero es la primera vez en la historia que un fenómeno de este tipo se observa sin ambigüedades en las raras colisiones de protones en las que se crean muchas partículas. Es probable que este resultado desafíe los modelos teóricos existentes que no predicen un aumento de partículas extrañas en estos eventos.

"Estamos muy entusiasmados con este descubrimiento, "dijo Federico Antinori, Portavoz de la colaboración ALICE. "De nuevo estamos aprendiendo mucho sobre este estado primordial de la materia. Ser capaces de aislar los fenómenos similares a los quarks-gluones-plasma en un sistema más pequeño y simple, como la colisión entre dos protones, abre una dimensión completamente nueva para el estudio de las propiedades del estado fundamental del que emergió nuestro universo ".

El estudio del plasma de quark-gluón proporciona una forma de investigar las propiedades de la interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas, mientras que una mayor producción de extrañeza es una manifestación de este estado de la materia. El plasma de quark-gluón se produce a una temperatura y densidad de energía suficientemente altas, cuando la materia ordinaria experimenta una transición a una fase en la que los quarks y gluones se vuelven "libres" y, por lo tanto, ya no están confinados dentro de los hadrones. Estas condiciones se pueden obtener en el Gran Colisionador de Hadrones colisionando núcleos pesados ​​a alta energía. Los quarks extraños son más pesados ​​que los quarks que componen la materia normal, y normalmente más difícil de producir. Pero esto cambia en presencia de la alta densidad de energía del plasma de quark-gluón, que reequilibra la creación de quarks extraños en relación con los no extraños. Este fenómeno puede haberse observado ahora también dentro de las colisiones de protones.

En particular, Los nuevos resultados muestran que la tasa de producción de estos extraños hadrones aumenta con la 'multiplicidad' (el número de partículas producidas en una colisión determinada) más rápido que la de otras partículas generadas en la misma colisión. Si bien la estructura del protón no incluye quarks extraños, Los datos también muestran que cuanto mayor es el número de quarks extraños contenidos en el hadrón inducido, cuanto más fuerte es el aumento de su tasa de producción. No se observa dependencia de la energía de colisión o de la masa de las partículas generadas, demostrando que el fenómeno observado está relacionado con el extraño contenido de quarks de las partículas producidas. La producción de extrañeza se determina en la práctica contando el número de partículas extrañas producidas en una colisión determinada, y calcular la proporción de partículas extrañas a no extrañas.

La producción mejorada de extrañeza se había sugerido como una posible consecuencia de la formación de plasma de quark-gluón desde principios de los años ochenta, y descubierto en colisiones de núcleos en los noventa por experimentos en el Sincrotrón Super Proton del CERN. Otra posible consecuencia de la formación de plasma de quark gluón es una correlación espacial de las partículas del estado final, provocando una clara alineación preferencial con la forma de una cresta. Tras su detección en colisiones de núcleos pesados, la cresta también se ha visto en colisiones de protones de alta multiplicidad en el Gran Colisionador de Hadrones, dando la primera indicación de que las colisiones de protones podrían presentar propiedades similares a núcleos pesados. Estudiar estos procesos con mayor precisión será clave para comprender mejor los mecanismos microscópicos del plasma de quark-gluones y el comportamiento colectivo de las partículas en sistemas pequeños.

El experimento ALICE ha sido diseñado para estudiar colisiones de núcleos pesados. También estudia las colisiones protón-protón, que principalmente proporcionan datos de referencia para las colisiones de núcleos pesados. Las mediciones informadas se han realizado con datos de colisión de protones de 7 TeV de la ejecución 1 del LHC.