NOTICIAS

En busca del plasma de quarks y gluones a través de jets

Michelle Morelos
28/jun/2013

Unas millonésimas de segundos posteriores al Big Bang nació el plasma de quarks-gluones (QGP), un material 20 veces más denso que el núcleo atómico y con una temperatura tan alta que rebasaría en 250 mil ocasiones la que se presenta en el centro del Sol. Microsegundos después, al enfriarse, ese estado de la materia desapareció y se condensó en protones y neutrones para luego formar estructuras más complejas.

Hasta ahora se conoce poco sobre su origen y sus propiedades. Y por ello, investigadores buscan recrear el QGP en condiciones similares a su origen con el uso del Gran Colisionador de Hadrones (LHC).

En él, hacen golpear entre sí núcleos de átomos de plomo con niveles energéticos de hasta siete billones de electrón-voltios para alcanzar una velocidad cercana a la de la luz y generar temperaturas mayores a los 2 billones de grados.

El resultado: densas y calientes bolas de fuego que producen un plasma en el que ni los quarks ni los gluones permanecen ligados entre sí, ocasionando se muevan casi en total libertad, lo que provoca que su estudio se torne más complicado y se requieran crear técnicas especiales para ello.

Una de las formas que se considera una observable novedosa para estudiar el QGP experimentalmente son los jets, un tema en el que se ha centrado el estudiante posdoctoral del IFUNAM Hermes León Vargas, quien impartió la charla “Estudio de Colisiones Hadrónicas con Jets y el Plasma de Quarks y Gluones” en el Seminario Ángel Dacal, el 25 de abril de 2013.

Quien también estuviera dentro del equipo mexicano que participó en la construcción del detector V0A del experimento ALICE-CERN, ofreció en su exposición una visión global de las formas en cómo se estudia el plasma de quarks-gluones. Para empezar, dijo, hay que saber que los jets son “chorros” de partículas que viajan en una región definida en el espacio y tienen como propiedad reflejar la trayectoria en que las partículas se mueven cuando “nacieron”.

“Imaginemos que dentro de una alberca se dispara una bala debajo del agua. Para la persona que se ubique desde la orilla más cercana en la que sucedió el impacto, logrará observar cómo el disparo tiende a frenarse hasta desaparecer. En este ejemplo, las balas son los jets y el agua, que tendrá como característica ser extremadamente densa y caliente, fungirá como el plasma de quarks y gluones. Por lo que estos chorros de partículas se podrán utilizar como proyectiles generados por la colisión de iones que nos ayuden a recopilar la información de lo que sucedió durante el trayecto del disparo, los elementos que atravesaron para lograr comprender su medio”, comentó a Noticias IFUNAM, Hermes León Vargas.

Una de las propuestas de uno de los autores del artículo sobre el exceso de positrones (antipartículas del electrón), fue estimar cuantas partículas componen al jet. Al lograr identificar individualmente si un jet es producido, ya sea por un quark o un gluon, será posible poner a prueba de mejor manera las diferentes teorías que describen la perdida de energía de los jets en el QGP.

Para encontrar las propiedades que existen dentro de este cuarto estado de la materia, investigadores como León Vargas estudian tanto el grado de extinción del jet, es decir, el tiempo que tardan en desaparecer los chorros al pasar por el plasma, así como su orientación, direccionalidad y composición. Todo esto a partir de los reportes originados por los datos de millones de eventos de colisiones que lograron detectar en los experimentos en el LHC.


Vista transversal de una colilsión real de protones medida por ALICE. El cono indica la presencia de un jet. Foto: Hermes León.

El hallazgo del plasma de quarks y gluones no es algo nuevo y surge de los postulados de Tsung-Dao Lee y Gian Carlo Wick en los años ochenta. Los científicos mencionaron la posibilidad de explorar una nueva física distribuyendo una alta densidad de energía en una región del espacio grande. De esa manera, aseguraron, se podrían restaurar simetrías rotas del vacío físico y crear nuevos estados anormales de materia nuclear densa.

En el campo experimental fue hasta el año 2000 cuando la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN en sus siglas en francés) informó en un comunicado de prensa el posible descubrimiento de un nuevo estado de la materia que se sospechaba era el plasma de quarks y gluones. Para diciembre de 2010 se comenzaron a chocar iones pesados en forma de núcleos de plomo, acción que se repitió los siguientes dos años en el mismo mes, debido a que durante la mayor parte del año se suelen colisionar protones.

La importancia de este análisis radica en que nos ayudará a entender cómo fue que la materia se originó en sus primeras fases. Este tipo de trabajos integra los esfuerzos de un grupo de científicos mexicanos, como León Vargas, quienes participaron en la construcción del V0A y ahora, gracias a ello, hacen sus propias investigaciones a partir de los resultados de las colisiones.

“Es probable que en este otoño o el de 2014 vayamos a revisar el estado del V0A y planear mejoras que se le puedan hacer al detector”, finalizó Hermes León.


Hermes León Vargas durante su plática en el Seminario Ángel Dacal. Foto: Michelle Morelos.