La violación de la paridad inducida por campos magnéticos en un plasma de quarks y gluones, y como una noticia vuelve a ser noticia

Violación de la paridad en un plasma de quarks y gluones inducida por campos magnéticos, observada en las colisoines Au-Au y Cu-Cu a 200 GeV en el centro de masas, observada por la colaboración STAR del RHIC del BNL. (C) Phys. Rev. Lett.

La paridad es la simetría de Alicia en el país de las maravillas a través del espejo. La simetría P de una ley física indica que dicha ley es invariante si reflejamos el universo en un espejo. La teoría electrodébil de la fuerza nuclear débil en desintegraciones de partículas que involucran neutrinos viola la simetría P lo que fue toda una revolución en su momento (Premio Nobel de Física en 1957, justo un año después del descubrimiento). La cromodinámica cuántica, la teoría de la fuerza fuerte, no viola la paridad (en el mismo sentido que la teoría electrodébil). Sin embargo, como se teorizó hace más de 10 años (Dmitri Karzeev et al., PRL 1998) y se ha descubierto experimentalmente el año pasado (publicado hace un par de meses en PRL), sí viola la paridad en ciertas circunstancias. Un plasma de quarks y gluones sometido a un campo magnético intenso presenta dominios (pequeñas “burbujas”) en las que se viola la paridad, o al menos así se han interpretado los resultados experimentales observados por la colaboración STAR en el RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) en el BNL (Brookhaven National Laboratory), Upton, New York. El artículo se publicó en PRL [1] y ya fue noticia en diciembre de 2009 [2]. Dicha noticia ha vuelto a ser actualidad en diferentes medios porque fue presentada como charla por Dmitri Kharzeev del BNL el 15 de febrero de 2010 en la Conferencia de Abril de la Sociedad de Física Americana (April meeting of the American Physical Society) [3,4]. Parece que la charla en la conferencia ha tenido más repercusión mediática, si cabe, que el artículo publicado en PRL. Para mí, toda una sorpresa, que incluso me hizo creer en un primer momento que Kharzeev había contado algo nuevo descubierto en los dos últimos meses (ver mi comentario en [4]). Sin embargo, no es así, ha contado sólo lo ya publicado.

En el RHIC se hace colisionar núcleos de iones de oro de tal forma que se forma un plasma de quarks y gluones (los constituyentes de los protones y neutrones del núcleo de estos iones). La “ruptura de la simetría” observada en estas colisiones es muy sutil (comparada con la electrodébil). Cuando los iones en lugar de colisionar centro con centro lo hacen con cierta desviación se forma una plasma de quarks y gluones asimétrico, como un elipsoide (o un geoide achatado por los polos como la Tierra). En este plasma de quarks y gluones, también llamado glasma, se crean intensos campos magnéticos y se ha observado que los quarks y antiquarks con carga positiva se dirigen hacia un polo del campo magnético y los quarks y antiquarks con carga negativa se dirigen hacia el otro polo. Esta separación de cargas viola la paridad, que si se cumpliera obligaría a que el mismo número de quarks y antiquarks tanto positivos como negativos se dirigiera en ambas direcciones.

En la violación de la paridad en las interacciones débiles, un electrón siempre emerge en una desintegración de un partícula con la misma helicidad. Sin embargo, en un glasma, los quarks cargados a veces se dirigen hacia el polo norte y a veces hacia el polo sur. La violación de la paridad es “local” se produce sólo en ciertas regiones localizadas (dominios o “burbujas”) pero no por todas partes (fuera de estos dominios la paridad se conserva). Este tipo de violaciones de la paridad inducidas por cámpos magnéticos en la QCD ha sido teorizada desde hace años, pero para los físicos experimentales es como encontrar una mina de oro en una mina de plata, ya que el efecto ha sido mucho más “dramático” de lo que cualquier físico experimental podía esperar.

[1] B. I. Abelev et al. “Azimuthal Charged-Particle Correlations and Possible Local Strong Parity Violation,” Phys. Rev. Lett. 103: 251601, published 14 December 2009 [ArXiv preprint, 9 Sep 2009].

[2] Berndt Müller, “Looking for parity violation in heavy-ion collisions. The STAR detector at RHIC has measured a signal that may indicate parity violation occurs in metastable regions of the superdense matter,” Physics 2: 104, December 14, 2009.

[3] Lauren Schenkman, “Particle Collision Puts Twist in Early Universe,” ScienceNOW, February 16, 2010.

[4] Kanijo, “‘Burbujas’ de ruptura de simetría en la sopa del quarks del RHIC,” Ciencia Kanija, 15 Feb. 2010, traducción de Karen McNulty Walsh, Mona S. Rowe, “‘Bubbles’ of Broken Symmetry in Quark Soup at RHIC. Data suggest symmetry may ‘melt’ along with protons and neutrons,” RHIC, BNL, February 15, 2010 [visto en Menéame].

PS (24 feb 2010): Una presentación muy buena (aunque algo técnica) de Jim Thomas,”Strong Parity Violation: A Summary of STAR Charge Separation Measurements,” ALICE Club, CERN, 23 November 2009.

PS (15 mar 2010): Vídeo youtube explicativo (en inglés) publicado desde el RHIC.

1 Comentario

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emulenewsemulenews

He añadido un vídeo de youtube explicativo (en inglés) al final de la entrada. Espero que lo disfrutéis.

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