Cuando dos iones de plomo chocan en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), producen un estado de materia extremadamente caliente y denso en el que los quarks y gluones no están confinados dentro de partículas compuestas llamadas hadrones. Esta bola de fuego de partículas, conocida como plasma de quarks-gluones y que se cree que llenó el universo en las primeras millonésimas de segundo después del Big Bang, se expande y se enfría rápidamente. Los quarks y gluones vuelven a transformarse en hadrones, que salen volando de la zona de colisión hacia los detectores de partículas.
En colisiones en las que los dos iones de plomo no chocan de frente, la región de superposición entre los iones tiene una forma elíptica que deja una huella en el flujo de hadrones. Las mediciones de dicho flujo elíptico proporcionan una forma poderosa de estudiar el plasma de quarks-gluones. En un artículo reciente publicado en arXiv En el servidor de preimpresión, la colaboración ALICE informó sobre una nueva medición del flujo elíptico de hadrones que contienen quarks pesados, que son sondas de plasma particularmente potentes.
A diferencia de los gluones y los quarks ligeros que constituyen la mayor parte del plasma quark-gluón creado en colisiones de iones pesados, los quarks pesados charm y beauty se producen en las etapas iniciales de las colisiones, antes de que se forme el plasma. Por tanto, interactúan con el plasma a lo largo de toda su evolución, desde su expansión y enfriamiento hasta su transformación en hadrones.
Múltiples interacciones con los constituyentes del plasma llevan a los quarks pesados al equilibrio térmico con el medio en un tiempo que es inversamente proporcional a la masa del quark. Los quarks charm son más ligeros que los quarks beauty, por lo que se espera un tiempo de termalización más corto y un mayor grado de termalización para los quarks charm que para los quarks beauty.
Una vez que se termalizan con el plasma, los quarks encantadores forman mesones D y los quarks belleza forman mesones B, combinándose con los quarks ligeros del medio (ver figura arriba). Mediciones anteriores han demostrado que el flujo elíptico de estos mesones D "rápidos", llamados así porque se producen inmediatamente después de las colisiones, es casi tan fuerte como el de los hadrones más ligeros, los piones. Debido a que se espera que el tiempo de termalización sea mayor para los quarks beauty que para los quarks charm, se predice que el flujo elíptico de los mesones B será más débil que el de los mesones D rápidos.
En su reciente análisis de las colisiones no frontales entre plomo y plomo que ocurrieron durante la ejecución 2 del LHC, la colaboración ALICE midió el flujo elíptico de los mesones B, midiendo el flujo de los mesones D "intempestivos" que se producen en las desintegraciones de los mesones B. La clave del análisis fue la adopción de una técnica de aprendizaje automático para separar los productos de la desintegración de los mesones D no activados de los de los activados, así como para suprimir los numerosos procesos de partículas de fondo que imitan la producción y desintegración del mesón D. .
La nueva medición muestra que el flujo elíptico de los mesones D no rápidos es más débil que el de sus contrapartes rápidos, de acuerdo con lo esperado. El resultado arroja nueva luz sobre la termalización de los quarks belleza en el plasma de quarks-gluones y allana el camino para nuevas mediciones de ALICE basadas en datos del experimento 3 del LHC.
Con 40 veces más colisiones que el total registrado por ALICE en sus períodos anteriores de toma de datos de iones pesados, la nueva muestra de colisiones plomo-plomo tomadas en 2023 permitirá estudiar con mayor detalle el flujo de partículas de encanto y belleza, arrojando más luz sobre su dinámica en el plasma de quarks y gluones.
Más información: Medición de D 0 no solicitada -Flujo elíptico del mesón en colisiones Pb-Pb en √sNN =5,02 TeV, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2307.14084
Información de la revista: arXiv
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