Científicos del Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, y sus colegas de la colaboración internacional ALICE colisionaron recientemente núcleos de xenón en el Gran Colisionador de Hadrones superconductor para obtener nuevos conocimientos sobre las propiedades del plasma de quarks-gluones (QGP). El QGP es un estado especial que consta de quarks y gluones que unen a los quarks. Los resultados fueron publicados en Letras de física B .

Los investigadores reemplazaron los iones de plomo que se utilizan habitualmente para las colisiones con iones de xenón. El xenón es un átomo más pequeño con menos nucleones en su núcleo. Al chocar iones, Los científicos crean una bola de fuego que recrea las condiciones iniciales del universo a temperaturas superiores a varios miles de millones de grados. En contraste con el universo, la vida útil de las gotas de QGP producidas en el laboratorio es ultra corta, una fracción de segundo (alrededor de 10 ^-22 segundos). Bajo estas condiciones, la densidad de quarks y gluones es muy alta, y un estado especial de formas de materia en el que los quarks y gluones son casi libres, en el estado QGP que interactúa fuertemente. Los experimentos revelan que en el instante antes de que se formaran los átomos en el universo, La materia primordial se comportó como un líquido que se puede describir en términos de hidrodinámica.

"Uno de los desafíos que enfrentamos es que, en colisiones de iones pesados, solo la información del estado final de las muchas partículas que son detectadas por los experimentos está directamente disponible, pero queremos saber qué sucedió al comienzo de la colisión y los primeros momentos después, "dice You Zhou, Postdoctorado en el grupo de investigación Experimental Subatomic Physics del Niels Bohr Institute. "Hemos desarrollado herramientas nuevas y poderosas para investigar las propiedades de la pequeña gota de QGP que creamos en los experimentos".

Los investigadores estudiaron la distribución espacial de los miles de partículas que emergieron de las colisiones cuando los quarks y gluones quedaron atrapados en las partículas que componen el universo hoy. Esto refleja no solo la geometría inicial de la colisión, pero es sensible a las propiedades del QGP. Puede verse como un flujo hidrodinámico. "Las propiedades de transporte del plasma de quark-gluón determinarán la forma final de la nube de partículas producidas después de la colisión, así que esta es nuestra forma de abordar el momento de la creación de QGP en sí, "Dice usted Zhou.

El grado de distribución de partículas anisotrópicas (el hecho de que haya más partículas en ciertas direcciones) refleja tres piezas principales de información:la primera es la geometría inicial de la colisión. El segundo son las condiciones que prevalecen dentro de los nucleones en colisión. El tercero es la viscosidad de cizallamiento del propio plasma de quark-gluón. La viscosidad de cizallamiento expresa la resistencia del líquido a fluir, una propiedad física clave de la materia creada. "Es uno de los parámetros más importantes para definir las propiedades del plasma de quark-gluón, "You Zhou explica, "porque nos dice con qué fuerza los gluones unen los quarks".

"Con las nuevas colisiones de xenón, hemos impuesto restricciones muy estrictas a los modelos teóricos que describen el resultado. No importa las condiciones iniciales, plomo o xenón, la teoría debe poder describirlos simultáneamente. Si se reivindican ciertas propiedades de la viscosidad del plasma de quark gluón, el modelo tiene que describir ambos conjuntos de datos al mismo tiempo, ", dice You Zhou. Las posibilidades de obtener más información sobre las propiedades reales de la" sopa primordial "se mejoran significativamente con los nuevos experimentos. El equipo planea colisionar otros sistemas nucleares para restringir aún más la física, pero esto requerirá un desarrollo significativo de nuevos haces LHC.