La colaboración ALICE es un gran grupo de investigadores de más de 100 institutos de física de todo el mundo que se centra en el estudio del plasma de quark-gluón utilizando datos recopilados por el detector ALICE (A Large Ion Collider Experiment). ALICE es un detector de iones pesados ​​diseñado para examinar la física de la materia que interactúa fuertemente a densidades de energía extremas, que forma parte del anillo acelerador de partículas del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN.

Uno de los objetivos clave del experimento ALICE es comprender mejor las propiedades de las formas plasmáticas de quark-gluones durante las colisiones de alta energía entre núcleos pesados. El experimento ha dado lugar recientemente a una serie de observaciones interesantes, esbozado en un artículo publicado en Cartas de revisión física , que proporcionan la primera evidencia de interacciones espín-momento angular orbital en colisiones relativistas de iones pesados.

"Cuando las colisiones de alta energía entre núcleos pesados ​​no son centrales (es decir, no de frente), imparten al plasma formado un momento angular muy grande, estimado en el orden de 10 ⁷ ħ - equivalente al orden de 10 ²¹ revoluciones por segundo, "Luciano Musa, portavoz de la colaboración ALICE, dijo Phys.org. "En lenguaje simplificado, Se forma una gota de quarks y gluones de rotación extremadamente rápida. Quarks, por otra parte, tienen una propiedad mecánica cuántica llamada espín, que es análogo a una rotación alrededor de un eje ".

El gran momento angular del plasma de quark-gluón formado en colisiones de iones pesados ​​puede ser, hasta cierto punto, transferido a quarks individuales, alineando sus direcciones de giro. Este efecto mecánico-cuántico, conocida como interacción espín-órbita, también se puede observar en otros casos, por ejemplo, entre electrones, que también tienen espín y "rotan" alrededor de núcleos atómicos.

"Las interacciones espín-órbita se estudiaron previamente utilizando varios sistemas de colisión, pero el gran momento angular del plasma generado en colisiones de núcleos de plomo en el LHC ofrecía una oportunidad única para buscar este efecto mecánico cuántico fundamental en un sistema de quarks desconfinados, "Andrea Dainese, coordinador de física del experimento ALICE, dijo Phys.org.

Según las predicciones teóricas, la interacción espín-órbita en el plasma de quarks-gluones debe alinear el espín de los quarks, que tienen un número cuántico de espín de 1/2. Los quarks del plasma deben unirse en pares para formar mesones con spin 0 (es decir, mesones escalares), en el que los dos quarks tienen una orientación de giro opuesta, o girar 1 (es decir, mesones vectoriales), en el que los dos quarks tienen la misma orientación de giro.

Las predicciones sugieren que la alineación de los espines de los quarks resultaría en una alineación de los espines del mesón del vector. La Colaboración ALICE ha observado este efecto, reuniendo la primera evidencia de alineación de espín en los productos de desintegración de lo que se conocen como mesones vectoriales neutros K * y φ (phi).

"Estudiamos esta alineación de espín midiendo la distribución angular de los productos de desintegración de los mesones vectoriales, "Musa explicó." La señal más fuerte se observó para los mesones K * y la confirmación de que la señal es inducida por la alineación de espín se obtuvo mediante la falta de una señal similar para los mesones K neutros. que tienen espín 0. Las medidas actuales son un paso hacia el establecimiento experimental de interacciones espín-órbita en la materia relativista-QCD del plasma de quark-gluón ".

La colaboración ALICE es el primer grupo de investigación en publicar evidencia que se alinea con las predicciones teóricas de una gran alineación de espín de mesones vectoriales en colisiones de núcleos pesados. Sus mediciones son un logro significativo en el estudio del plasma de quarks-gluones, ya que apoyan la predicción de que este plasma posee una vorticidad inicial con un momento angular sin precedentes, lo que conduce a la alineación de espín de quark a través de interacciones espín-órbita. Su trabajo ofrece información significativa que podría informar futuros estudios que investiguen las propiedades del plasma de quark-gluón.

El detector ALICE está experimentando una actualización importante, y en 2022, cuándo comenzarán de nuevo las campañas de recopilación de datos del LHC del CERN, debería poder registrar muestras de colisión Pb-Pb 50 veces más grandes que las recolectadas hasta la fecha. Estos datos serán mucho más precisos que los datos existentes y podrían conducir a nuevos y fascinantes descubrimientos sobre el plasma de quarks-gluones.

"Nuevos estudios con el K * cargado, que tiene un momento magnético siete veces mayor que el del neutro K *, incluso puede permitir una observación directa del efecto del campo magnético muy grande producido en el plasma de quark-gluón por la rápida rotación de partículas cargadas eléctricamente, "Dijo Dainese." Se estima que este campo magnético es tan grande como 10 ¹⁴ Tesla, pero se desvanece en un tiempo tan breve como 10 ^-23 ¡segundos! Además, También vale la pena señalar que la alineación de espín K * neutral es sorprendentemente grande en comparación con la polarización medida para Λ hiperones. Por lo tanto, Serán muy interesantes más estudios del efecto con más precisión, así como de otros efectos que pueden relacionarse con los mismos mecanismos físicos desde diferentes ángulos ".

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