Ya hay colisiones estables protón contra ión de plomo en el LHC

dibujo20161110-proton-nucleus-physics-stable-beams-lhc-cern

Hoy 10 de noviembre de 2016 se han iniciado las colisiones estables entre protones e iones de plomo en el LHC a una energía de 5,02 TeV en el centro de masas. Su objetivo es estudiar la física del plasma de quark y gluones que reproduce a pequeña escala el universo unas millonésimas de segundo después del big bang. El estado que alcanza la materia a altas temperaturas en el que los quarks y gluones se comportan como partículas libres. En este estado los quarks se comportan como si no tuvieran masa y se restaura la simetría quiral que se rompe en la formación de hadrones.

Se trata de la primera vez que se realizan colisiones protón-plomo (pPb) desde el año 2013. Además, no habrá colisiones de iones en 2017, aunque sí las habrá a finales de 2018. Este mes se estudiarán colisiones pPb a dos energías, primero a 5,02 TeV (la energía usada en 2013) y más tarde a 8,16 TeV. Las primeras colisiones de hoy son de prueba y tienen una baja luminosidad instantánea (número de colisiones por segundo); en concreto se ha usado un 20 × 20, veinte paquetes de protones colisionan contra 20 paquetes de iones de plomo (como muestra la leyenda de la figura abajo a la izquierda, “Single_2op_20Pb_10_10_9_Ion_coll”). El objetivo es alcanzar en pocos días un esquema 200 × 200.

Más información divulgativa en Harriet Jarlett, “Lead ion and proton: Close encounters of the third kind,” CERN News, 10 Nov 2016.

dibujo20161110-alice-ppb-run-cw6yyncwqae245c
Colisión protón-plomo a 5,02 TeV observada por ALICE el 10 de noviembre de 2016 a las 14:12:26 (UTC). Fuente: CERN.
dibujo20161110-alice-p-pb-collision-lhc-cern-ev059hr_3d
Colisión protón-plomo de 2013 registrada por el detector ALICE del LHC. Fuente: CERN.

Los iones de plomo tienen 82 protones y una masa 206,4 veces mayor que la masa de un protón. Las colisiones de partículas tan diferentes requieren un ajuste muy cuidadoso de la máquina. Todos los grandes detectores del LHC estudiarán estas colisiones, ALICE, ATLAS, CMS y LHCb, pero el detector más relevante, específico para estudiar iones relativistas, es ALICE (A Large Ion Collider Experiment).

dibujo20161110-alice-lhc-detector-ccali3_04_13-cern
Esquema del detector ALICE. Fuente: CERN.

Las colisiones pPb son más limpias que las colisiones PbPb por ello permiten estudiar con más detalle las primeras fases de la formación del plasma de quarks y gluones. Estas colisiones no están libres de sorpresas. Ya en febrero de 2013 se observó que el ridge en las colisiones PbPb y pp de alta multiplicidad se duplicaba en las colisiones pPb. Todavía no está claro el origen de este doble ridge asociado a correlaciones no locales entre los partones del plasma.

dibujo20161110-double-ridge-in-ppb-observed-by-alice-lhc-detector-ccnew4_01_13-cern
Doble ridge observado en febrero de 2013 por el detector ALICE del LHC. Fuente: CERN.

El ridge (la cresta) se observa al representar el número de partículas en el plasma de quarks y gluones en función de los ángulos azimutal (Δφ) y axial (Δη), también llamado pseudorapidez, respecto a la dirección incidente del protón. Se observa un ridge para Δφ≈0, una estructura alargada casi independiente de Δη, y otro para Δφ≈π. El ridge para Δφ≈0 también ha sido observado por CMS. Las nuevas colisiones de noviembre de 2016 en el LHC tendrán que clarificar si el origen físico de ambos ridge es idéntico (como opinan la mayoría de los teóricos).

En resumen, las colisiones pPb que se acaban de iniciar son muy interesantes para entender mejor las observaciones realizadas en el LHC Run 1. El incremento de energía promete sorpresas.


3 Comentarios

Participa Suscríbete

JJJJ

Entonces la teoria predice un “ridge”, dos o ninguno? No me ha quedado claro. Que teoria es, el modelo estandar? Me imagino que se nota que no soy fisico pero me interesa el tema.

P.S: En la ultima frase del segundo parrafo donde dice “Las nuevas simulaciones” no deberia decir “Las nuevas colisiones”?

Francisco R. Villatoro

JJ, gracias por la errata. El ridge se observó en las colisiones pp y PbPb; el doble ridge aparece en las colisiones pPb; en las colisiones pp y PbPb es muy difícil observar los ángulos en los que se observa el segundo ridge. Estos ridges no tienen explicación aún, aunque se cree que su origen son correlaciones cuánticas no locales en el plasma. El problema es que estudiarlas usando el modelo estándar es casi imposible; las simulaciones en supercomputadores de QCD en el retículo ofrecen información insuficiente para entender el ridge. De ahí la importancia de recabar más datos experimentales a mayores energías.

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>