Las colisiones de núcleos de plomo se producen en condiciones físicas extremas. Su curso se puede describir utilizando un modelo que asume que la transformación, la materia extremadamente caliente, el plasma de quark-gluón, fluye en forma de cientos de rayas. Hasta ahora, las "rayas de fuego" parecían ser estructuras puramente teóricas. Sin embargo, el último análisis de colisiones de protones individuales refuerza la hipótesis de que representan un fenómeno físico real.

En 2017, Los físicos del Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias (FIP PAN) en Cracovia presentaron un modelo de los fenómenos que ocurren durante las colisiones de núcleos de plomo a altas energías que cautivó la imaginación. El modelo asumió que la materia exótica que surge en las colisiones, el plasma de quarks-gluones, se aleja del punto de impacto en forma de numerosas rayas que se extienden a lo largo de la dirección original de movimiento de los núcleos. Estas rayas se mueven más rápido cuanto más lejos están del eje de colisión. Ahora los investigadores han aplicado el modelo de "rayas de fuego" a colisiones protón-protón mucho más simples. Cuando compararon sus predicciones con los datos recopilados en los experimentos en el centro europeo de investigación nuclear del CERN, estaban bastante sorprendidos.

Los núcleos de plomo contienen más de doscientos protones y neutrones. Cuando dos objetos tan grandes chocan con una energía suficientemente grande, surge una mezcla líquida de quarks y gluones (partículas que en condiciones normales aglutinan los quarks en protones y neutrones). El plasma de quark-gluón se expande rápidamente y simultáneamente se enfría. Como resultado, existe tan brevemente y en un área tan pequeña de espacio (sólo cientos de millonésimas de mil millonésimas de metro) que no podemos observarlo directamente. Además, las interacciones entre las partículas de plasma están dominadas por fuerzas fuertes que son tan complejas que la física moderna simplemente no es capaz de describirlas cuantitativamente. Las trazas del plasma de quark-gluones solo pueden verse indirectamente, en partículas provenientes del lugar de la colisión. La teoría prevé que si realmente se produce el plasma de quark-gluón, Los detectores deben registrar un número claramente mayor de partículas extrañas (es decir, los que contienen quarks extraños).

“Las colisiones protón-protón en los aceleradores del CERN producen pocas partículas extrañas. Por lo tanto, se acepta generalmente que el plasma de quark-gluón no surge durante estas colisiones. Tomamos este hecho en cuenta en nuestro modelo de rayos de fuego, y luego confrontamos sus predicciones con datos del experimento NA49 en el acelerador SPS. El cumplimiento fue sorprendentemente bueno. Entonces podemos decir que ahora hemos 'visto' una racha de fuego en condiciones físicas cualitativamente diferentes, donde no lo esperábamos en absoluto ", explica el Dr. Andrzej Rybicki (IFJ PAN), uno de los autores de la publicación en Revisión física C .

"Tuvimos que modelar la colisión de dos núcleos de plomo como una combinación de varios cientos de rayos de fuego. En estas condiciones, es difícil comentar las propiedades de un solo rayo. Sin embargo, cuando extrajimos la distribución de rapidez del modelo, es decir, la velocidad relativista de las partículas producidas por una sola racha, resultó que su forma describe muy bien los datos reales de las mediciones de producción de partículas en colisiones protón-protón, "elabora Mirek Kielbowicz, Doctor. estudiante de la FIP PAN.

Para hacer que los gráficos obtenidos utilizando el modelo de racha de fuego construido para colisiones de núcleos de plomo concuerden con los datos experimentales para colisiones protón-protón, tenían que ser escalados por un factor de 0,748. Los investigadores de Cracovia demostraron que este parámetro no es gratuito. De hecho, aparece en los cálculos después de tener en cuenta los cambios en el balance energético provocados por la producción variable de partículas extrañas y se puede reproducir a partir de datos experimentales. Este fue otro fuerte argumento que apoya la corrección física del modelo.

"Estoy trabajando en el modelo de racha de fuego como parte de mi tesis de maestría, por lo que no me sorprendió que describa datos de colisiones núcleo-núcleo en un amplio rango de energía. Sin embargo, cuando vi que la función de fragmentación extraída por nosotros concuerda tan bien con los datos de las colisiones protón-protón, fue difícil ocultar mi asombro, "recuerda Lukasz Rozplochowski, estudiante de la Universidad Jagellónica que trabaja con el equipo científico de la FIP PAN.

La materia que surge de las colisiones protón-protón, más frío y cualitativamente diferente que el plasma de quark-gluón, por lo tanto, parece comportarse como una sola racha de fuego. Algunas de sus propiedades, como la velocidad de las partículas emitidas o sus desintegraciones, son por alguna razón asombrosamente similares a las propiedades de las rayas de fuego del plasma de quark-gluón. Y dado que el plasma de quarks-gluones se forma a energías más altas y en las colisiones de objetos cuánticos de mayor complejidad, es legítimo decir que hereda algunas de las características de la materia que forma rayas de fuego en las colisiones protón-protón.

"Cuando describimos las colisiones núcleo-núcleo, las rayas de fuego eran para nosotros solo estructuras abstractas, algo puramente teórico. No profundizamos en su naturaleza física, en lo que podrían ser en realidad. Experimentamos un verdadero impacto al combinar datos experimentales con nuestro modelo, Descubrimos que lo que surge en las colisiones protón-protón se comporta exactamente como nuestra única racha de fuego, "resume el Dr. Rybicki.

Los resultados del último análisis, realizado por los físicos de Cracovia bajo la beca SONATA BIS no. 2014/14 / E / ST2 / 00018 del Centro Nacional de Ciencias de Polonia, refuerza así la suposición de que el fuego se dispara, de acuerdo con la teoría formada tanto en colisiones protón-protón como núcleo-núcleo, se deben a procesos físicos reales que ocurren en los flujos de flujo de materia cuántica extremadamente caliente.