Colisiones nobles (Xe contra Xe) en el LHC

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El pasado 12 de octubre de 2017 en el LHC se colisionaron por primera vez núcleos de xenón-129 (formados por 54 protones y 75 neutrones). Hasta ahora solo se habían colisionado protones y núcleos de plomo-208 (con 82 protones y 126 neutrones, sendos números mágicos). El llamado Xenon Run tuvo una duración de unas siete horas, durante las cuales ALICE, ATLAS, CMS y LHCb registraron dichas colisiones. El objetivo es comparar el plasma quark-gluón producido en las colisiones Pb-Pb con el de las colisiones Xe-Xe. No se ha planificado un Xenon Run más largo para este año; habrá que esperar a los resultados de la comparación para tomar la decisión si merece la pena planificarlo para el año que viene (el último del LHC Run 2).

Más información en Corinne Pralavorio, “For one day only LHC collides xenon beams,” CERN News, 12 Oct 2017; Achintya Rao, Marta Verweij, Camelia Mironov, “CMS sees first collisions with Xenon ions,” CMS News, 12 Oct 2017.

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El xenón es un gas noble. Los iones de Xe-129 son más pequeños y tienen menor masa que los iones de Pb-208. A priori se espera que el plasma quark-gluón en las colisiones Xe-Xe sea muy similar al de las colisiones Pb-Pb, pero podría haber sorpresas porque la geometría de la colisión es diferente (al tener menor tamaño los iones que colisionan). Por supuesto, desde el punto de vista técnico, preparar el acelerador para las colisiones con iones de xenón no ha sido una tarea fácil. Los átomos de Xe-129 deben ser acelerados y sus 54 electrones deben ser eliminados para acabar acelerando en SPS y LHC solo los núcleos de Xe-129. Como el número de iones por paquete es diferente que en el caso de protones e iones de plomo se han tenido que realizar ajustes específicos en los sistemas de radiofrecuencia del colisionador.

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El Xenon Run en el LHC solo ha durado siete horas. Sin embargo, los iones de xenón seguirán circulando por SPS durante unas ocho semanas, para su uso en el experimento NA61/SHINE (siglas de SPS Heavy Ion and Neutrino Experiment). Este experimento estudia las colisiones de partículas aceleradas con SPS (piones, protones, núcleos de berilio, de argón, de plomo y ahora de xenón) contra un blanco nuclear fijo. Su objetivo es estudiar el plasma quark-gluón en un estado diferente al que se alcanza en el LHC, en concreto a energías del orden de la escala de desconfinamiento QCD.

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Las colisiones Xe-Xe han alcanzado una energía en el centro de masas de 5,44 TeV por nucleón. El plasma de quark-gluón (QGP) formado en estas colisiones es un poco más frío y tiene una vida media más corta que el producido por las colisiones Pb-Pb. Las posibles diferentes entre el QGP producido en ambos casos ayudarán a entender mejor ciertas características (como el famoso ridge) que aún no tienen una explicación convincente.

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Habrá que estar atentos a los resultados que se publiquen en los próximos meses desde ALICE, ATLAS, CMS y LHCb sobre estas colisiones Xe-Xe. Y, por cierto, ya han vuelto las colisiones proton-protón al LHC y de hecho la luminosidad integrada ha superado el resultado obtenido sobre estas fechas en 2016. Sin lugar a dudas no será difícil alcanzar los 45 /fb (superando los 40 /fb alcanzados en 2016).

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