Al analizar las colisiones de protones de mayor energía en el Relativistic Heavy Ion Collider RHIC, un colisionador de partículas en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, los físicos nucleares han vislumbrado cómo una multitud de gluones que individualmentellevar muy poco del impulso general de los protones contribuye al giro de los protones. Los datos descritos en un artículo publicado recientemente indican que estas partículas similares al pegamento, llamadas así por su papel en la unión de los quarks que forman cada protón, juegan un papelpapel sustancial en la determinación del momento angular intrínseco, o giro, de estos componentes básicos de la materia.
"Estos resultados confirman nuestra sospecha de que gran parte de la contribución de los gluones al giro del protón proviene de los gluones con un impulso relativamente bajo", dijo Ralf Seidl, físico del Centro de Investigación RIKEN-BNL RBRC y miembro de RHICColaboración de PHENIX, que publicó estos resultados. Los resultados también sugieren que la contribución general de los gluones al giro podría ser incluso mayor que la contribución de los quarks.
Explorar las fuentes del espín de protones es una de las principales misiones científicas en RHIC, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE y la única máquina en el mundo capaz de colisionar protones con sus espines alineados en una dirección elegida. Físicos nucleares de todo el mundoGlobe, incluidos muchos respaldados por el laboratorio japonés RIKEN, vienen a RHIC para estudiar estas colisiones de "protones polarizados" en un esfuerzo por resolver el llamado rompecabezas de espín de protones. El RBRC se estableció en Brookhaven en colaboración con RIKEN para apoyar a los jóvenes científicos involucradosen esta y otras investigaciones relevantes.
El misterio del espín del protón se originó cuando los experimentos en la década de 1980 revelaron que el espín del protón, una propiedad que influye en las características ópticas, eléctricas y magnéticas de estas partículas, no proviene únicamente de sus quarks. Para desentrañar el papel de los gluones, Los físicos de RHIC colisionan dos haces de protones con sus espines alineados en la misma dirección, y luego con la polarización de un haz invertido para que los espines estén "antialineados". El detector PHENIX mide la cantidad de partículas llamadas piones que salen de la colisión.zona perpendicular a los haces de colisión en estas dos condiciones. Cualquier diferencia observada en la producción de estos piones entre las dos condiciones es una indicación de cuánto están alineados los espines de los gluones y, por lo tanto, contribuyen al giro del protón.
Los resultados informados en 2014 indicaron que los gluones definitivamente juegan un papel importante, pero la incertidumbre sobre el tamaño de su contribución fue bastante grande. Tanto la energía de las colisiones como los ángulos en los que los detectores de RHIC estaban midiendo limitaron el rango de gluones en esos experimentospodría explorar.
Los nuevos datos provienen de colisiones a una energía mucho más alta: 500 mil millones de electronvoltios GeV en comparación con los datos anteriores de 200 GeV.
"Esta mayor energía de colisión nos permite extender el 'rango cinemático' para observar las contribuciones de los gluones que transportan una fracción más baja del impulso general del protón", dijo Seidl. "Suena contradictorio al principio, pero como ella energía de colisión aumenta, la 'fracción de momento' de los gluones cuya contribución está midiendo disminuye ".
Puedes pensarlo como un microscopio, explicó John Lajoie, un colaborador de PHENIX de la Universidad Estatal de Iowa. "Ir a una energía más alta te permite concentrarte en objetos más pequeños. En este caso, el objeto más pequeño son los gluones de fracción de momento inferior"
Los datos muestran que estos gluones "débiles" juegan un papel descomunal en la contribución al giro de protones. La razón, dicen los físicos, es que hay muchos de ellos.
"La densidad de gluones aumenta muy rápidamente para fracciones de momento muy bajo", dijo Seidl.
Usando la analogía del microscopio nuevamente, "cuanto más nos acercamos, más 'fluctuaciones cuánticas' podemos observar", dijo Lajoie, refiriéndose a la tendencia caprichosa de las partículas subatómicas a dividirse y transformarse. "Dentro del protón, hay un marde quarks y antiquarks y gluones que cambian y evolucionan. Cuando miras con una resolución, ves un cierto número, pero al mirar más de cerca puedes ver que algunas de estas partículas se han dividido, por lo que en realidad hay más gluones allí ".
Las mediciones de la polarización del gluón en una fracción de momento baja y la gran contribución de estas partículas al giro general del protón, han reducido las incertidumbres sobre el tamaño general del aporte de gluón para girar un poco. Mientras que los resultados anteriores indicaron que los gluones podrían contribuir aproximadamentetanto como los quarks y antiquarks, los nuevos hallazgos pueden aumentar un poco más la contribución total de los gluones.
"Sigue habiendo grandes incertidumbres y hay margen para mejorar en estas mediciones", dijo Seidl. También hay otras formas de buscar contribuciones de gluones incluso de fracción de momento más baja, incluida la exploración de partículas que emergen de colisiones en ángulos más "hacia adelante"."Ampliar el rango de fracción de impulso aún más a valores más bajos es uno de los objetivos restantes del programa de rotación RHIC", dijo Seidl.
También es una de las razones por las que a los físicos nucleares les gustaría construir un colisionador de iones de electrones EIC, una máquina que usaría un haz de electrones para sondear la estructura interna del protón aún más directamente.
"Un EIC nos permitiría realizar numerosas mediciones extremadamente precisas en un rango mucho más amplio de fracciones de momento", dijo el físico de Brookhaven Elke Aschenauer, líder en el programa de spin en RHIC. "Sería la única instalación en el mundoeso podría medir la distribución de gluones polarizados en función de su impulso y también su distribución espacial en el protón, como un microscopio que resuelve incluso las características más pequeñas con mucha precisión ".
Un informe reciente del Comité Asesor de Ciencias Nucleares de EE. UU. Clasificó a un EIC como su máxima prioridad para la construcción de nuevas instalaciones una vez que se complete otro proyecto de construcción que ya está en marcha. Por lo tanto, los científicos pueden tener el deseo de poder ver los gluones con la precisión suficiente para finalmente resolvergirar misterio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Brookhaven . Original escrito por Karen McNulty Walsh. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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