Los científicos que exploran el comportamiento dinámico de las partículas que emergen de choques subatómicos en el Relativistic Heavy Ion Collider, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. Para la investigación de física nuclear en el Laboratorio Nacional Brookhaven del DOE, están cada vez más interesados en el papel de los gluonesEstas partículas similares al pegamento normalmente se unen a los quarks dentro de los protones y los neutrones, y parecen desempeñar un papel descomunal en el establecimiento de las propiedades clave de las partículas.
Un nuevo estudio recién publicado en Cartas de revisión física revela que un alto grado de fluctuación de gluones, una especie de reordenamiento parpadeante en la distribución de la densidad de gluones dentro de los protones individuales podría ayudar a explicar algunos de los resultados notables en RHIC y también en experimentos de física nuclear en el Gran Colisionador de Hadrones LHCen Europa.
En este momento es imposible "ver" directamente la distribución de gluones dentro de protones y núcleos individuales, incluso en los aceleradores de partículas más potentes. Así que los físicos teóricos de Brookhaven Lab Björn Schenke y Heikki Mäntysaari desarrollaron un modelo matemático para representar una variedad de arreglos degluones dentro de un protón.
"Se sabe con mucha precisión qué tan grande es la densidad media de gluones dentro de un protón", dijo Mäntysaari. "Lo que no se sabe es exactamente dónde se encuentran los gluones dentro del protón. Modelamos los gluones como ubicados alrededor de los tres quarks de cenefaLuego controlamos la cantidad de fluctuaciones representadas en el modelo al establecer qué tan grandes son las nubes de gluones y qué tan separadas están unas de otras ".
Las fluctuaciones representan el comportamiento de los gluones en partículas aceleradas a altas energías como lo están en colisionadores como RHIC y LHC. En esas condiciones, los gluones son partículas virtuales que se dividen y recombinan continuamente, esencialmente parpadeando dentro y fuera de la existencia como luciérnagasparpadeando en el cielo nocturno.
A los científicos les gustaría saber si estas fluctuaciones afectan el comportamiento de las partículas creadas cuando los protones chocan con núcleos pesados, como los iones de oro acelerados en RHIC. Datos de las colisiones de protones y oro de RHIC, y de las colisiones de protones y plomo del LHC, han mostrado evidencia de "fenómenos colectivos": partículas que emergen con algún "conocimiento" mutuo y en algunas direcciones preferidas, en lugar de hacerlo de manera uniforme., este comportamiento colectivo y flujo dependiente de la dirección se ha explicado por el estado líquido de los quarks y los gluones, el "líquido perfecto" plasma de quark-gluón QGP creado en estas colisiones. Pero las colisiones de protones pequeños con los núcleos más grandes no sonse supone que crea QGP. Y la comprensión actual de QGP no puede explicar completamente los resultados experimentales.
"Si queremos entender lo que sucede, tenemos que conocer la geometría del protón justo antes de las colisiones. Hace una diferencia si tienes un objeto redondo que golpea un núcleo frente a algo con una estructura más irregular que golpea el núcleo,"Dijo Mäntysaari." El comportamiento colectivo que vemos en los experimentos podría implicar que hay una estructura más compleja para el protón ", agregó, y señaló que explorar la estructura interna del protón es un esfuerzo de investigación fundamental para los físicos nucleares".
El modelo desarrollado por Mäntysaari y Schenke describe cómo puede fluctuar la estructura de protones. Para probar el modelo, recurrieron a un conjunto diferente de resultados de datos experimentales de colisiones de electrones con protones en el acelerador HERA en Alemania. Una reacción particular quea veces ocurre en estas colisiones, donde se produce una partícula llamada J / psi y el protón se rompe en una pulverización de otras partículas, depende en gran medida del nivel de fluctuaciones estructurales en el protón.
Los teóricos de Brookhaven usaron su modelo para predecir la frecuencia de esta interacción mientras variaban el nivel de fluctuaciones de gluones, y compararon sus cálculos con los datos observados experimentalmente. Descubrieron que la versión de su modelo con el mayor grado de fluctuaciones era la mismaque se ajustan mejor a los datos.
"Este proceso no ocurre en absoluto si el protón siempre se ve igual. Cuantas más fluctuaciones tengamos, más probable es que este proceso suceda", dijo Mäntysaari.
Él y Schenke ahora buscan aplicar este conocimiento a las colisiones de protones y núcleos.
"Cuando las fluctuaciones de gluones se incorporan a los modelos hidrodinámicos de QGP, obtenemos un mejor acuerdo con los datos experimentales de estas colisiones de protón-núcleo", dijo Mäntysaari.
Como señaló Schenke, "Esto implica que la formación de un QGP que interactúa fuertemente en colisiones protón-núcleo proporciona una posible explicación de la colectividad observada experimentalmente".
Si la comunidad de física nuclear logra construir un proyecto futuro propuesto llamado Colisionador de iones de electrones EIC, tendrán la oportunidad de mejorar la precisión de estos resultados.
"Un EIC nos permitirá medir esto con mayor precisión y en diferentes cinemáticas: cómo las fluctuaciones dependen de la energía, por ejemplo", dijo Mäntysaari. "Y un EIC también puede hacer el mismo tipo de estudios en objetivos nucleares para vercuánto fluctúa la estructura del núcleo evento por evento "
En esencia, el EIC sería una verdadera máquina de imágenes de gluones, una forma de sondear directamente la estructura interna de los componentes básicos de la materia visible, incluido el pegamento que une todo en el universo actual.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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