El estudio de la materia nuclear en condiciones extremas permite a los científicos comprender mejor cómo podría haber sido el universo inmediatamente después de su creación. Los científicos del Gran Colisionador de Hadrones logran las condiciones para recrear mini-Big Bangs en el laboratorio al colisionar núcleos a velocidades cercanas a la de la luz. Estas colisiones crean temperaturas aproximadamente un millón de veces más altas que el centro del sol.
Esto funde los núcleos en una bola de fuego de sus quarks y gluones constituyentes, conocida como plasma de quarks-gluones (QGP). Los quarks y gluones de los núcleos en colisión también a veces rebotan entre sí muy temprano en la colisión y forman salpicaduras de partículas energéticas llamadas chorros. Estos chorros pierden energía a medida que salen del plasma, y los chorros anchos pierden más energía que los estrechos.
Los investigadores han luchado durante mucho tiempo por comprender los mecanismos a través de los cuales los quarks y gluones energéticos, que se dividen en puntas y forman chorros, interactúan con el QGP. Un método para comprender la pérdida de energía del jet se conoce como "enfoque de decoherencia".
Este método lleva a los investigadores a esperar que un chorro ancho con dos puntas, cada una de las cuales puede actuar como un emisor independiente de radiación, perderá más energía que un chorro estrecho, que actúa como una única fuente de radiación.
En un estudio publicado en la revista Physical Review C , los investigadores midieron la pérdida de energía de chorros con estructuras estrechas y anchas en el QGP. Los resultados confirman por primera vez que el plasma trata cada punta de un chorro de forma independiente sólo cuando las puntas están separadas por un ángulo crítico que es lo suficientemente grande como para que el QGP interactúe con los chorros como entidades independientes.
Por primera vez, los investigadores han medido la pérdida de energía experimentada por los jets que atraviesan el QGP en función de su subestructura utilizando datos de colisión recopilados por ATLAS, el mayor experimento de detección de partículas de uso general en el Gran Colisionador de Hadrones.
Los científicos implementaron un algoritmo para combinar con éxito información de los diferentes subdetectores de ATLAS y construir una imagen precisa de la estructura interna del jet en el denso entorno de colisión de iones pesados. El resultado indica que la estructura de un chorro se caracteriza por su ángulo de apertura, y se observa que los chorros con un ángulo de apertura más amplio pierden significativamente más energía en el QGP que los chorros estrechos.
Este resultado confirma la hipótesis de la decoherencia, que predice la aparición de un ángulo crítico en la primera división fuerte de un chorro, por encima del cual el chorro pierde energía "incoherentemente" como dos emisores. Los nuevos resultados establecen que el QGP no modifica la subestructura dura de un chorro que lo atraviesa, sino que apaga preferentemente los chorros con una subestructura más amplia.
Más información: G. Aad et al, Medición de la supresión de chorro dependiente de la subestructura en colisiones de Pb+Pb a 5,02 TeV con el detector ATLAS, Revisión física C (2023). DOI:10.1103/PhysRevC.107.054909
Información de la revista: Revisión física C
Proporcionado por el Departamento de Energía de EE. UU.
