Los nuevos resultados de los detectores de partículas de precisión en el Relativistic Heavy Ion Collider RHIC ofrecen una nueva visión de las interacciones de partículas que tienen lugar en los núcleos de las estrellas de neutrones y ofrecen a los físicos nucleares una nueva forma de buscar violaciones de simetrías fundamentales en eluniverso. Los resultados, recién publicados en Física de la naturaleza , solo se pudo obtener en un poderoso colisionador de iones como RHIC, una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU. DOE para la investigación de física nuclear en el Laboratorio Nacional Brookhaven del DOE.
Las mediciones de precisión revelan que la energía de unión que mantiene unidos los componentes del núcleo más simple de "materia extraña", conocido como "hipertritón", es mayor que la obtenida por experimentos previos y menos precisos. El nuevo valor podría tener una importante importancia astrofísica.implicaciones para comprender las propiedades de las estrellas de neutrones, donde se predice que la presencia de partículas que contienen los llamados quarks "extraños" es común.
La segunda medición fue una búsqueda de una diferencia entre la masa del hipertritón y su contraparte de antimateria, el antihipertritón el primer núcleo que contiene un quark antiestrusión, descubierto en RHIC en 2010. Los físicos nunca han encontrado una diferencia de masa entre la materia.socios de la antimateria, por lo que ver uno sería un gran descubrimiento. Sería evidencia de violación de "CPT", una violación simultánea de tres simetrías fundamentales en la naturaleza relacionadas con la inversión de carga, paridad simetría espejo y tiempo.
"Los físicos han visto violación de la paridad y violación de la PC juntos cada uno ganando un Premio Nobel por Brookhaven Lab [-, pero nunca CPT", dijo el físico de Brookhaven Zhangbu Xu, co-portavoz del experimento STAR de RHIC, donde el hipertritónse realizó la investigación.
Pero nadie ha buscado violación de CPT en el hipertriton y antihypertriton, dijo, "porque nadie más podría todavía".
La prueba anterior de CPT del núcleo más pesado fue realizada por la colaboración de ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones de Europa LHC, con una medición de la diferencia de masa entre el helio-3 ordinario y el antihelio-3. El resultado, que no muestra diferencias significativas,fue publicado en Física de la naturaleza en 2015
Alerta de spoiler: los resultados de STAR tampoco revelan una diferencia de masa significativa entre los socios de materia-antimateria explorados en RHIC, por lo que todavía no hay evidencia de violación de CPT. Pero el hecho de que los físicos de STAR incluso puedan hacer las mediciones es un testimonio de lo notablecapacidades de su detector.
materia extraña
Los núcleos de materia normal más simples contienen solo protones y neutrones, con cada una de esas partículas hechas de quarks "arriba" y "abajo" ordinarios. En los hipertritones, un neutrón se reemplaza por una partícula llamada lambda, que contiene un quark extrañojunto con las variedades ordinarias arriba y abajo.
Tales reemplazos de materia extraña son comunes en las condiciones ultradensas creadas en las colisiones de RHIC, y también es probable en los núcleos de estrellas de neutrones donde una cucharadita de materia pesaría más de mil millones de toneladas. Esto se debe a que la alta densidad producees menos costoso en cuanto a energía hacer quarks extraños que las variedades normales de arriba hacia abajo.
Por esa razón, las colisiones RHIC brindan a los físicos nucleares una forma de observar las interacciones subatómicas dentro de objetos estelares distantes sin salir de la Tierra. Y debido a que las colisiones RHIC crean hipertritones y antihipertritones en cantidades casi iguales, ofrecen una forma de buscar violaciones de CPTtambién.
Pero encontrar esas partículas raras entre los miles que fluyen de cada choque de partículas RHIC, con colisiones que ocurren miles de veces por segundo, es una tarea desalentadora. Agregue al desafío el hecho de que estas partículas inestables se descomponen casi tan pronto comoforma: a centímetros del centro del detector STAR de cuatro metros de ancho.
detección de precisión
Afortunadamente, los componentes del detector agregados a STAR para rastrear diferentes tipos de partículas hicieron que la búsqueda sea relativamente fácil. Estos componentes, llamados "Rastreador de sabor pesado", se encuentran muy cerca del centro del detector STAR. Fueron desarrollados y construidos porUn equipo de colaboradores de STAR dirigido por científicos e ingenieros en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab del DOE. Estos componentes internos permiten a los científicos combinar las pistas creadas por los productos de desintegración de cada hipertritón y antihipertritón con su punto de origen justo fuera de la zona de colisión.
"Lo que buscamos son las partículas 'hijas': los productos de descomposición que golpean los componentes del detector en los bordes exteriores de STAR", dijo el físico de Berkeley Lab, Xin Dong. Identificando huellas de pares o trillizos de partículas hijas que se originan de unun solo punto a las afueras de la zona de colisión primaria permite a los científicos seleccionar estas señales del mar de otras partículas que fluyen de cada colisión RHIC.
"Luego calculamos el momento de cada partícula hija a partir de una desintegración en función de cuánto se doblan en el campo magnético de STAR, y a partir de eso podemos reconstruir sus masas y la masa de la partícula hipertritona o antihipertritona original antes de que se descomponga,"explicó Declan Keane, de la Universidad Estatal de Kent KSU. Separar el hipertritón y el antihipertritón es fácil porque se descomponen en diferentes hijas", agregó.
"El equipo de Keane, incluido Irakli Chakeberia, se ha especializado en rastrear estas partículas a través de los detectores para 'conectar los puntos'", dijo Xu. "También proporcionaron una visualización muy necesaria de los eventos".
Como se señaló, la recopilación de datos de muchas colisiones no reveló ninguna diferencia de masa entre la materia y los hipernúcleos de antimateria, por lo que no hay evidencia de violación de CPT en estos resultados.
Pero cuando los físicos de STAR analizaron sus resultados para la energía de unión del hipertritón, resultó ser más grande de lo que habían encontrado las mediciones anteriores de la década de 1970.
Los físicos de STAR derivaron la energía de unión restando su valor para la masa de hipertritón de las masas combinadas conocidas de sus partículas de bloques de construcción: un deuterón un estado unido de un protón y un neutrón y una lambda.
"El hipertritón pesa menos que la suma de sus partes porque parte de esa masa se convierte en la energía que une los tres nucleones", dijo Jinhui Chen, colaborador de Fudan University STAR, cuyo estudiante de doctorado, Peng Liu, analizó el granconjuntos de datos para llegar a estos resultados. "Esta energía de unión es realmente una medida de la fuerza de estas interacciones, por lo que nuestra nueva medición podría tener implicaciones importantes para comprender la 'ecuación de estado' de las estrellas de neutrones", agregó.
Por ejemplo, en los cálculos del modelo, la masa y la estructura de una estrella de neutrones depende de la fuerza de estas interacciones. "Hay un gran interés en comprender cómo estas interacciones, una forma de fuerza fuerte, son diferentes entre los nucleones ordinarios yLos nucleones extraños contienen quarks arriba, abajo y extraños ", dijo Chen." Debido a que estos hipernúcleos contienen una sola lambda, esta es una de las mejores formas de hacer comparaciones con predicciones teóricas. Reduce el problema a su forma más simple ".
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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