Las partículas que emergen incluso de las colisiones de energía más baja de pequeños deuterones con grandes núcleos pesados ​​en el Colisionador de Iones Pesados ​​Relativista (RHIC), una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. Para la investigación de física nuclear en el Laboratorio Nacional de Brookhaven del DOE, exhiben científicos de comportamiento asociados con la formación de una sopa de quarks y gluones, los bloques de construcción fundamentales de casi toda la materia visible. Estos resultados del experimento PHENIX de RHIC sugieren que estas colisiones a pequeña escala podrían estar produciendo pequeñas, motas de materia de corta duración que imitan cómo era el universo temprano hace casi 14 mil millones de años, justo después del Big Bang.

Los científicos construyeron RHIC, en gran parte, para crear este "plasma de quarks-gluones" (QGP) para que pudieran estudiar sus propiedades y aprender cómo la fuerza más fuerte de la naturaleza une a los quarks y gluones para formar los protones, neutrones, y átomos que componen el universo visible hoy. Pero inicialmente esperaban ver signos de QGP solo en colisiones altamente energéticas de dos iones pesados ​​como el oro. Los nuevos hallazgos, correlaciones en la forma en que las partículas emergen de las colisiones que son consistentes con lo que los físicos han observado en las colisiones de iones grandes más enérgicas, se suman a un creciente cuerpo de evidencia del RHIC y el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de Europa de que QGP puede crearse también en sistemas más pequeños.

La colaboración PHENIX ha enviado los hallazgos en dos artículos separados a las revistas. Cartas de revisión física y revisión física C, y presentará estos resultados en una reunión en Cracovia, Polonia esta semana.

"Estos son los primeros artículos que surgen de las colisiones deuterón-oro de 2016, y esta es una indicación de que probablemente estemos creando QGP en sistemas pequeños, "dijo Julia Velkovska, un portavoz adjunto de PHENIX de la Universidad de Vanderbilt. "Pero hay otras cosas que hemos visto en los sistemas más grandes que aún tenemos que investigar en estos nuevos datos. Buscaremos otra evidencia de QGP en los sistemas pequeños utilizando diferentes formas de estudiar las propiedades del sistema que están creando, " ella dijo.

Flujo colectivo

Una de las primeras señales de que las colisiones de RHIC de dos iones de oro estaban creando QGP llegó en forma de "flujo colectivo" de partículas. Más partículas emergieron del "ecuador" de dos iones en colisión semi superpuestos que perpendiculares a la dirección de la colisión. Este patrón de flujo elíptico, los científicos creen, es causada por las interacciones de las partículas con el QGP casi "perfecto", es decir, de flujo libre, similar a un líquido creado en las colisiones. Desde entonces, Las colisiones de partículas más pequeñas con iones pesados ​​han dado como resultado patrones de flujo similares tanto en el RHIC como en el LHC. aunque a menor escala. También ha habido evidencia de que los patrones de flujo tienen una fuerte relación con la forma geométrica de la partícula del proyectil que choca con el núcleo más grande.

"Con estos resultados en la mano, queríamos probar sistemas cada vez más pequeños a diferentes energías, "Dijo Velkovska." Si cambias la energía, puedes cambiar el tiempo que el sistema permanece en fase líquida, y tal vez hacerlo desaparecer ".

En otras palabras, querían ver si podían desactivar la creación de QGP.

"Después de tantos años hemos aprendido que cuando se crea QGP en las colisiones sabemos cómo reconocerlo, pero eso no significa que realmente comprendamos cómo funciona, ", Dijo Velkovska." Estamos tratando de entender cómo surge y evoluciona el comportamiento fluido perfecto. Lo que estamos haciendo ahora:bajando la energía, cambiar el tamaño:es un esfuerzo por aprender cómo surge este comportamiento en diferentes condiciones. RHIC es el único colisionador en el mundo que permite tal variedad de estudios sobre diferentes energías de colisión con diferentes especies de partículas en colisión ".

Turing abajo la energía

Durante un período de aproximadamente cinco semanas en 2016, El equipo de PHENIX exploró las colisiones de deuterones (hechos de un protón y un neutrón) con iones de oro a cuatro energías diferentes (200, 62,4, 39, y 19,6 mil millones de electronvoltios, o GeV).

"Gracias a la versatilidad de RHIC y la capacidad del personal del Departamento de Aceleradores y Colisionadores de Brookhaven para cambiar y sintonizar rápidamente la máquina para diferentes energías de colisión, PHENIX pudo registrar más de 1,5 mil millones de colisiones en este corto período de tiempo, "Dijo Velkovska.

Para el documento enviado a PRC, Darren McGlinchey, un colaborador de PHENIX del Laboratorio Nacional de Los Alamos, dirigió un análisis de cómo las partículas emergieron a lo largo del plano elíptico de las colisiones en función de su impulso, cuán centrales (completamente superpuestas) fueron las colisiones, y cuántas partículas se produjeron.

"El uso de un proyectil deuterón produce una forma muy elíptica, y observamos una persistencia de esa geometría inicial en las partículas que detectamos, incluso con poca energía, "Dijo McGlinchey. Tal persistencia de forma podría ser causada por la interacción con un QGP creado en estas colisiones". Este resultado no es evidencia suficiente para declarar que QGP existe, pero es una prueba cada vez mayor de ello, " él dijo.

Ron Belmont, un colaborador de PHENIX de la Universidad de Colorado, dirigió un análisis de cómo se correlacionaban los patrones de flujo de múltiples partículas (dos y cuatro partículas en cada energía y seis en la energía más alta). Estos resultados se enviaron a PRL.

"Encontramos un patrón muy similar en las correlaciones de dos y cuatro partículas para todas las diferentes energías, y en correlaciones de seis partículas en la energía más alta también, "Dijo Belmont.

"Ambos resultados son consistentes en que el flujo de partículas se observa hasta la energía más baja. Por lo tanto, los dos documentos trabajan juntos para pintar una imagen agradable, "añadió.

Hay otras posibles explicaciones para los hallazgos, incluyendo la existencia postulada de otra forma de materia conocida como condensado de vidrio de color que se cree que está dominada por la presencia de gluones dentro del corazón de toda la materia visible.

"Para distinguir el condensado de vidrio de color del QGP, necesitamos descripciones teóricas más detalladas de cómo se ven estas cosas, "Dijo Belmont.

Velkovska señaló que se han reclutado muchos estudiantes nuevos para continuar el análisis de los datos existentes del experimento PHENIX, que dejó de tomar datos después de la ejecución de 2016 para dar paso a un detector renovado conocido como sPHENIX.

"Hay mucho más por venir de PHENIX, " ella dijo.