Los hallazgos de los físicos de la Universidad de Rice que trabajan en el Gran Colisionador de Hadrones LHC de Europa están proporcionando una nueva visión sobre un estado exótico de la materia llamado "plasma quark-gluón" que ocurre cuando los protones y los neutrones se derriten.
Como el acelerador de partículas más poderoso en la Tierra, el LHC puede aplastar los núcleos de átomos a casi la velocidad de la luz. La energía liberada en estas colisiones es enorme y permite a los físicos recrear las condiciones calientes y densas que existíanen el universo primitivo El plasma de Quark-gluón, o QGP, es una sopa de partículas de alta energía que se forma cuando los protones y los neutrones se derriten a temperaturas cercanas a varios billones de Kelvin.
En un artículo reciente en Cartas de revisión física escrito en nombre de más de 2,000 científicos que trabajan en el experimento del solenoide de muón compacto CMS del LHC, los físicos de Rice Wei Li y Zhoudunming Kong Tu propusieron un nuevo enfoque para estudiar una propiedad magnética característica de QGP llamada "efecto magnético quiral""CME. Su enfoque utiliza colisiones entre protones y núcleos de plomo. CME es un fenómeno electromagnético que surge como consecuencia de la mecánica cuántica y también está relacionado con las llamadas fases topológicas de la materia, un área de la física de la materia condensada que ha dibujadoaumentó la atención mundial desde que ganó el Premio Nobel de física en 2016.
"Encontrar evidencia para el efecto magnético quiral y, por lo tanto, las fases topológicas en materia de QGP caliente ha sido un objetivo importante en el campo de la física nuclear de alta energía durante algún tiempo", dijo Li. "Hallazgos tempranos, aunque indicativos del CME, aún no son concluyentes, principalmente debido a otros procesos de fondo que son difíciles de controlar y cuantificar ".
QGP se produjo por primera vez alrededor de 2000 en el Relativistic Heavy Ion Collider en Nueva York y luego en el LHC en 2010. En esos experimentos, los físicos rompieron juntos dos núcleos de plomo en movimiento rápido, cada uno con 82 protones y 126 neutrones, los dosbloques de construcción de todos los núcleos atómicos. Debido a que los protones en fusión en estas colisiones tienen una carga eléctrica positiva, los QGP de estos experimentos contenían campos magnéticos enormemente fuertes, que se estima que son aproximadamente un billón de veces más fuertes que el campo magnético más fuerte jamás creado enun laboratorio.
El efecto magnético quiral es un efecto electromagnético asimétrico exótico que solo surge debido a la combinación de la mecánica cuántica y las condiciones físicas extremas en un QGP. Las leyes de la electrodinámica clásica prohibirían la existencia de tal estado y, de hecho, la inspiración de Liporque los nuevos experimentos surgieron al pensar en el problema en términos clásicos.
"Me inspiró un problema en un curso universitario que estaba enseñando sobre electrodinámica clásica", dijo Li.
Hace dos años, Li descubrió que las colisiones frontales en el LHC entre un núcleo de plomo y un solo protón creaban pequeñas cantidades de partículas que parecían comportarse como un líquido. En un análisis más detallado, él y sus colegas del CMS descubrieron que las colisiones creaban pequeñascantidades de QGP.
En un informe de Rice News de 2015 sobre el descubrimiento, el ex alumno de Rice Don Lincoln, físico de partículas y comunicador de física en Fermilab, escribió: "Este resultado fue sorprendente porque cuando el protón golpea el núcleo principal, perfora un agujero a través de gran parte delnúcleo, como disparar un rifle a una sandía en lugar de chocar dos núcleos de plomo, que es como golpear dos sandías juntas ".
Li dijo: "Una cosa inusual acerca de las gotas de QGP creadas en las colisiones de protones y plomo es la configuración de sus campos magnéticos. El QGP se forma cerca del centro del núcleo de plomo inicial, lo que hace que sea fácil decir que la fuerzadel campo magnético es bastante insignificante en comparación con el QGP creado en colisiones de plomo-plomo. Como resultado, las colisiones de protón-plomo nos proporcionan un medio para apagar el campo magnético - y la señal CME - en un QGP en unmanera bien controlada "
En el nuevo documento, Li, Tu y sus colegas de CMS mostraron evidencia de datos de colisión de protones y plomo que ayudan a arrojar luz sobre los comportamientos electromagnéticos que surgen del efecto magnético quiral en los QGP de plomo y plomo.
Li dijo que aún se necesitan resolver más detalles antes de llegar a una conclusión definitiva, pero dijo que los resultados son un buen augurio para futuros descubrimientos de QGP en el LHC.
"Este es solo un primer paso en una nueva vía abierta por colisiones de protones y núcleos para la búsqueda de fases topológicas exóticas en QGP", dijo Li. "Estamos trabajando arduamente para acumular más datos y realizar una serie de nuevos estudios".Con suerte, en los próximos años, veremos la primera evidencia directa del efecto magnético quiral ".
VIDEO está disponible en: http://www.youtube.com/watch?v=Rk9KZLaVItI
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Jade Boyd. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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