Los núcleos atómicos están formados por nucleones (como protones y neutrones), que a su vez están formados por quarks. Cuando se trituran a altas densidades, los núcleos se disuelven en un líquido de nucleones y, a densidades aún mayores, los propios nucleones se disuelven en un líquido de quarks.
En un nuevo estudio, publicado en la revista Physical Review B , los investigadores abordaron la cuestión de si los líquidos de los nucleones y los quarks son fundamentalmente diferentes.
Sus cálculos teóricos sugieren que estos líquidos son diferentes. Ambos tipos de líquidos producen vórtices cuando giran, pero en los líquidos de quarks, los vórtices llevan un "campo magnético de color", similar a un campo magnético ordinario. No existe tal efecto en los líquidos nucleónicos. Por lo tanto, estos vórtices distinguen claramente los líquidos de quarks de los líquidos nucleares.
Los quarks y nucleones dentro de los núcleos interactúan entre sí a través de la fuerza nuclear fuerte. Esta fuerza tiene una propiedad intrigante conocida como confinamiento. Esto significa que los científicos sólo pueden observar grupos de quarks unidos, pero nunca un quark individual por sí solo. En otras palabras, se dice que los quarks están "confinados". También es difícil describir el confinamiento o incluso definirlo con precisión utilizando herramientas teóricas.
Este trabajo, que utiliza propiedades de vórtice para distinguir los líquidos de quarks de los líquidos de nucleones, aborda este problema de larga data. Sugiere que hay un sentido preciso en el que los líquidos de quarks densos no están confinados mientras que los líquidos nucleares sí lo están.
Si la materia nuclear es distinta de la materia de los quarks, es decir, separada por una transición de fase, es una vieja cuestión en el estudio de las interacciones fuertes, específicamente en la teoría de la cromodinámica cuántica (QCD). De manera similar, los científicos se han preguntado si es posible o no proporcionar una definición precisa de confinamiento.
Ambas cuestiones han sido exploradas en el pasado desde una perspectiva relativamente antigua, conocida como el paradigma de Landau para las transiciones de fase. Las consideraciones del paradigma de Landau sugieren que la materia nuclear y la de los quarks no son distintas. También implica que el confinamiento no se puede definir claramente en QCD.
Este trabajo cuestiona estas conclusiones al adoptar un nuevo conjunto de herramientas descubiertas por los físicos durante los últimos 40 años. Estas herramientas detectan transiciones topológicas en materiales que no encajan en el paradigma anterior. Cuando se aplican al estudio de QCD, revelan que la materia de quarks y la materia nuclear son distintas. Para diferenciar la materia de los quarks de la materia nuclear, los científicos deben comparar las propiedades de los vórtices en ambos casos. Un simple cálculo revela que el vórtice en la materia de los quarks atrapa un campo magnético de color que está ausente en la materia nuclear. Este resultado también sugiere que el confinamiento se puede definir rigurosamente en QCD densa.
Más información: Aleksey Cherman et al, Los vórtices en superfluidos de espín 0 transportan flujo magnético, Revisión física B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.107.024502
Información de la revista: Revisión física B
Proporcionado por el Departamento de Energía de EE. UU.
