Los nuevos hallazgos de los físicos nucleares experimentales de la Universidad de Kansas Daniel Tapia Takaki y Aleksandr (Sasha) Bylinkin se publicaron recientemente en el Revista Física Europea C . El documento se centra en el trabajo en el Compact Muon Solenoid, un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones, para comprender mejor el comportamiento de los gluones.

Los gluones son partículas elementales que se encargan de "pegar" quarks y anti-quarks para formar protones y neutrones. los gluones juegan un papel en aproximadamente el 98% de toda la materia visible en el universo.

Experimentos previos en el colisionador de electrones y protones HERA ahora retirado que se encontraron cuando los protones se aceleran cerca de la velocidad de la luz, la densidad de gluones en su interior aumenta muy rápidamente.

"En estos casos, los gluones se dividen en pares de gluones con energías más bajas, y tales gluones se dividen posteriormente, Etcétera, "dijo Tapia Takaki, Profesor asociado de física y astronomía de KU. "En algún momento, la división de gluones dentro del protón alcanza un límite en el que la multiplicación de gluones deja de aumentar. Tal estado se conoce como el 'condensado de vidrio de color, "una fase hipotética de la materia que se cree que existe en protones de muy alta energía y también en núcleos pesados".

El investigador de KU dijo que los resultados experimentales más recientes de su equipo en el Colisionador de Iones Pesados ​​Relativista y el LHC parecían confirmar la existencia de tal estado dominado por gluones. Las condiciones exactas y la energía precisa necesarias para observar la "saturación de gluones" en el protón o en los núcleos pesados ​​aún no se conocen. él dijo.

"Los resultados experimentales de CMS son muy interesantes, dando nueva información sobre la dinámica de los gluones en el protón, "dijo Víctor Goncalves, profesor de física en la Universidad Federal de Pelotas en Brasil, que estaba trabajando en KU bajo un Brasil-EE. UU. Cátedra impartida conjuntamente por la Sociedade Brasileira de Física y la American Physical Society. "Los datos nos dicen cuáles son los tamaños de energía y dipolo que se necesitan para profundizar en el régimen dominado por gluónicos donde los efectos de QCD no lineales se vuelven dominantes".

Aunque los experimentos en el LHC no estudian directamente la interacción del protón con partículas elementales como las del último colisionador HERA, es posible utilizar un método alternativo para estudiar la saturación de gluones. Cuando los protones (o iones) acelerados se pierden entre sí, las interacciones de los fotones ocurren con el protón (o el ión). Estos cuasi accidentes se denominan colisiones ultraperiféricas (UPC), ya que las interacciones de fotones ocurren principalmente cuando las partículas en colisión están significativamente separadas entre sí.

"La idea de que la carga eléctrica del protón o iones, cuando se acelera a velocidades ultrarrelativistas, proporcionará una fuente de fotones cuasi reales no es nuevo, "Dijo Tapia Takaki." Fue discutido por primera vez por Enrico Fermi a fines de la década de 1920. Pero es solo desde la década de 2000 en el colisionador RHIC y más recientemente en los experimentos del LHC donde este método se ha explotado por completo ".

El grupo de Tapia Takaki ha jugado un papel importante en el estudio de colisiones ultraperiféricas de iones y protones en dos instrumentos en el Gran Colisionador de Hadrones. primero en ALICE Collaboration y más recientemente con el detector CMS.

"Tenemos ahora una plétora de resultados interesantes sobre colisiones de iones pesados ​​ultraperiféricos en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, "dijo Bylinkin, un investigador asociado en el grupo. "La mayoría de los resultados se han centrado en secciones transversales integradas de mesones vectoriales y, más recientemente, en mediciones utilizando chorros y estudiando la dispersión luz por luz. Para el estudio de la producción de mesones vectoriales, ahora estamos haciendo mediciones sistemáticas, no solo exploratorios. Estamos particularmente interesados ​​en el estudio de la dependencia energética de la transferencia de impulso en la producción de mesones vectoriales, ya que aquí tenemos la oportunidad única de precisar el inicio de la saturación de gluones ".

Los investigadores dijeron que el trabajo es significativo porque es el primer establecimiento de cuatro puntos medidos en términos de la energía de la interacción fotón-protón y en función de la transferencia de impulso.

"Los experimentos anteriores en HERA solo tenían un punto de energía, "Tapia Takaki dijo." Para nuestro resultado reciente, el punto más bajo de energía es de unos 35 GeV y el más alto es de unos 180 GeV. Esto no suena como un punto de energía muy alto, considerando que para las mediciones recientes de J / psi y Upsilon de UPC en el LHC, hemos estudiado procesos hasta los 1000 GeV. El punto clave aquí es que, aunque la energía es mucho menor en nuestros estudios Rho0, el tamaño del dipolo es muy grande ".

Según los miembros del equipo, Muchas preguntas siguen sin respuesta en su línea de investigación para comprender mejor la composición de protones y neutrones.

"Sabemos que en el colisionador HERA ya había indicios de efectos QCD no lineales, pero hay muchas preguntas teóricas que no han sido respondidas como el inicio de la saturación de gluones, y hay al menos dos modelos de saturación principales que aún no sabemos cuál es el más cercano a lo que la naturaleza dice que es el protón, ", dijo Goncalves." Hemos utilizado los últimos resultados de la colaboración CMS y los comparamos con los modelos lineales y no lineales inspirados en QCD. Nosotros observamos, por primera vez, que los datos de CMS muestran una clara desviación del modelo QCD lineal en su punto de mayor energía ".