Debido a la diligencia de un estudiante de la Universidad de Rice y sus cálculos, la humanidad ahora sabe un poco más sobre el universo.
Kefeng Xin, un estudiante graduado en Rice, es uno de los pocos autores principales que revelaron evidencia esta semana de que la fuerza de atracción entre los antiprotones es similar a la de los protones, y la midió.
Específicamente, el equipo midió dos parámetros importantes: la longitud de dispersión y el rango efectivo de interacción entre dos antiprotones. Esto les dio a los científicos una nueva forma fundamental de entender la fuerza que mantiene unidos los núcleos en la antimateria y cómo se compara con la materia.
"Se trata de la sutil diferencia en la forma en que la materia y la antimateria interactúan entre sí", dijo el físico de Rice Frank Geurts.
Los antiprotones llevan la carga eléctrica opuesta y giran como lo hacen los protones. Como toda la materia y la antimateria, ambos fueron creados en el instante del Big Bang. Los físicos todavía están tratando de entender por qué ven tan pocas antipartículas en la naturaleza a pesar de que las partículas y las antipartículasfueron producidos en cantidades iguales y se aniquilan entre sí por contacto.
"Podría haber sido que la antimateria no tuviera la misma fuerza de atracción que la materia y hubiera ayudado a explicar cómo estas diferencias, durante la parte inicial del Big Bang, podrían haber resultado en que la antimateria no hubiera sobrevivido en forma de estrellasy planetas, como lo hizo la materia ", dijo Geurts.
"Ahí es donde esta investigación es útil. Las interacciones entre dos partículas de antimateria resultan ser bastante similares a las partículas de materia. Puede que no nos brinde una solución al problema mayor, pero definitivamente eliminamos una opción", dijo.
El hallazgo se informó en Naturaleza en nombre de los más de 500 científicos, incluido Geurts, que trabajan en el experimento STAR, parte del Relativistic Heavy Ion Collider RHIC en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. La historia de Brookhaven sobre el descubrimiento aparece aquí.
La longitud de dispersión es una medida de cómo las partículas se desvían a medida que viajan desde el origen hasta el destino; sus rutas son visibles como trazas tridimensionales capturadas por STAR que es la abreviatura de Solenoid Tracker en RHIC. El rango efectivo indica qué tan cerca están las partículasdeben ser para que sus cargas se influyan entre sí, como los imanes.
Ambos se miden en femtómetros. Un femtómetro es la millonésima parte de un nanómetro; un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro.
Para los antiprotones medidos en RHIC, la longitud de dispersión fue de aproximadamente 7.41 femtómetros, y el rango efectivo fue de 2.14 femtómetros, casi equivalente a sus contrapartes de protones. La medición de distancias tan pequeñas involucra tanto equipos sofisticados como cálculos sofisticados.
"Este descubrimiento no es una sorpresa", dijo Xin, cuya tesis de doctorado se centra en sistemas bastante exóticos llamados átomos muónicos. "Hemos estado estudiando la interacción entre los nucleones partículas que forman el núcleo de un átomo paradécadas, y siempre hemos pensado que las fuerzas entre las partículas de antimateria son las mismas que para la materia. Pero esta es la primera vez que hemos podido cuantificarlo ".
Xin, un estudiante de Geurts, aplicó métodos desarrollados en su tesis para el análisis. La primera tarea fue determinar qué partículas producidas en una colisión eran realmente antiprotones y si dos estaban lo suficientemente cerca como para influenciarse entre sí. Luego vinocorrelacionando su impulso desde la creación hasta la destrucción, generalmente unos pocos nanosegundos.
"Todos los datos que recopilamos en 2011 provienen de 500 millones de eventos colisiones entre dos iones de oro pesados", dijo Xin. "Casi todos los eventos pueden contribuir".
La antimateria puede crearse en pequeñas cantidades con un colisionador como RHIC y analizarse. El colisionador acelera los núcleos de átomos pesados a casi la velocidad de la luz y los junta para producir partículas elementales, antipartículas y materiales exóticos como quarks, muones y plasmasTodos estos pueden caracterizarse por herramientas construidas en Rice y en otros lugares como parte de STAR.
RHIC rompió iones de oro para producir cientos de millones de partículas, que pueden detectarse por los rastros de ionización que dejan en un cilindro lleno de gas que rodea la colisión y un sensor de "tiempo de vuelo". El instrumento, la construcciónde los cuales fue dirigido por Rice, les dice a los investigadores cuántos nanosegundos se necesitan para que las partículas viajen desde el punto de impacto hasta los sensores en los límites exteriores del colisionador.
"RHIC es ideal para este tipo de experimento porque nos permite volcar un bote de energía en un volumen muy pequeño y hacer que salgan muchas partículas", dijo Geurts. "La multiplicidad es importante. Si no lo hacehacer muchas partículas, las posibilidades de que interactúen entre sí son escasas "
Los investigadores de 52 instituciones que forman parte de la colaboración STAR son coautores de la Naturaleza artículo. Los coautores de Rice incluyen a los estudiantes de posgrado Daniel Brandenburg, Joey Butterworth y Nick Luttrell; el científico investigador Geary Eppley; y Pablo Yepes, miembro de la facultad superior en física y astronomía. Geurts es profesor asociado de física y astronomía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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