Cuatro colaboraciones de investigación del Gran Colisionador de Hadrones del CERN han comunicado indicios de que puede formarse plasma de quarks y gluones cuando colisionan núcleos atómicos relativamente ligeros. Los hallazgos de ALICE, ATLAS, CMS y LHCb incluyen resultados de colisiones de oxígeno con oxígeno y de neón con neón, así como comparaciones en las que intervienen protones y núcleos de oxígeno.
El plasma de quarks y gluones es un estado de la materia extremadamente caliente y denso, en el que los protones y neutrones se descomponen en quarks y en los gluones que los mantienen unidos. Los físicos creen que llenó el universo durante las primeras millonésimas de segundo después del Big Bang. Hasta hace poco, los investigadores solían esperar que para crearlo fueran necesarias colisiones entre núcleos muy pesados, como los de plomo.
Los nuevos resultados se basan en indicios anteriores de un comportamiento similar al del plasma en colisiones de protones y en las primeras colisiones de oxígeno del LHC. En los estudios más recientes, los científicos buscaron varios efectos que pueden producirse cuando partículas energéticas atraviesan el material denso y pierden energía.
ATLAS detectó diferencias en la energía de pares de chorros de partículas producidos en colisiones de oxígeno y neón. El efecto fue más pronunciado en colisiones más centrales, de frente, que se espera que creen un volumen mayor de plasma. Los resultados preliminares de ATLAS obtenidos con partículas que retroceden en dirección opuesta a los fotones mostraron una relación similar.
CMS descubrió que la producción de partículas con carga se reducía en las colisiones de oxígeno con oxígeno y de neón con neón en comparación con las colisiones de protones con protones. LHCb observó una supresión más intensa de las partículas que contienen quarks charm en las colisiones de neón que en las de oxígeno, en consonancia con una mayor pérdida de energía en un sistema de colisión más grande. La comparación de ALICE entre piones neutros en colisiones de oxígeno con oxígeno y de protones con oxígeno aportó indicios de pérdida de energía de los partones en las colisiones de oxígeno con oxígeno.
Las colaboraciones también comunicaron otros posibles indicios. CMS encontró distintos niveles de supresión entre los mesones upsilon —partículas formadas por un quark bottom y su antiquark— en las colisiones de oxígeno y neón. LHCb comunicó indicios preliminares de un comportamiento similar en los datos de protones con oxígeno y de oxígeno con oxígeno.
En resultados preliminares de colisiones de oxígeno, ALICE también observó que los bariones, que contienen tres quarks, mostraban una preferencia direccional más marcada que los mesones, que contienen dos. Este patrón, conocido como flujo anisotrópico, podría reflejar el movimiento colectivo heredado de los quarks presentes en el plasma.
En conjunto, las observaciones refuerzan la hipótesis de que pueden darse condiciones asociadas al plasma de quarks y gluones en colisiones con núcleos más ligeros, aunque los indicios comunicados no demuestran por sí solos la existencia del plasma. El CERN está modernizando el LHC para convertirlo en el LHC de Alta Luminosidad, que se espera que proporcione muchos más datos de colisiones para realizar nuevos estudios.
Fuentes: ScienceDaily.