Las colisiones de partículas que recrean el plasma quark-gluon QGP que llenó el universo primitivo revelan que las gotas de esta sopa primordial se arremolinan mucho más rápido que cualquier otro fluido. El nuevo análisis de datos del Relativistic Heavy Ion Collider RHIC - aLas instalaciones de usuario de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. Para la investigación de física nuclear en el Laboratorio Nacional Brookhaven muestran que la "vorticidad" del QGP supera en muchos órdenes la dinámica del fluido giratorio de los núcleos de tornados de supercélulas y la Gran Mancha Roja de Júpiter,e incluso supera el récord de giro más rápido que poseen las nanodropletas de helio superfluido.
Los resultados, recién publicados en Naturaleza , agregue un nuevo registro a la lista de propiedades notables atribuidas al plasma quark-gluon. Esta sopa hecha de los componentes básicos fundamentales de la materia - quarks y gluones - tiene una temperatura cientos de miles de veces más caliente que el centro delEl sol y una viscosidad ultrabaja, o resistencia al flujo, llevan a los físicos a describirlo como "casi perfecto". Al estudiar estas propiedades y los factores que las controlan, los científicos esperan descubrir los secretos de la fuerza más fuerte y mal entendida de la naturaleza.- el responsable de unir quarks y gluones a los protones y neutrones que forman la mayor parte de la materia visible en el universo actual.
Específicamente, los resultados sobre la vorticidad, o el movimiento fluido del remolino, ayudarán a los científicos a clasificar entre las diferentes descripciones teóricas del plasma. Y con más datos, puede darles una forma de medir la intensidad del campo magnético del plasma, un elemento esencialvariable para explorar otros fenómenos físicos interesantes.
"Hasta ahora, la gran historia al caracterizar el QGP es que es un fluido caliente que se expande explosivamente y fluye fácilmente", dijo Michael Lisa, físico de la Universidad Estatal de Ohio OSU y miembro de la colaboración STAR de RHIC ".Pero queremos entender este fluido a un nivel mucho más fino. ¿Se termitiza o alcanza el equilibrio lo suficientemente rápido como para formar vórtices en el fluido mismo? Y si es así, ¿cómo responde el fluido a la vorticidad extrema? "El nuevo análisis,que fue dirigido por Lisa y el estudiante graduado de OSU Isaac Upsal, le da a STAR una forma de obtener esos detalles más finos.
alineando giros
"La teoría es que si tengo un fluido con vorticidad, una subestructura giratoria, tiende a alinear los giros de las partículas que emite en la misma dirección que los remolinos", dijo Lisa. Y, aunque puede habermuchos remolinos pequeños dentro del QGP todos apuntando en direcciones aleatorias, en promedio, sus giros deben alinearse con lo que se conoce como el momento angular del sistema: una rotación del sistema generada por las partículas en colisión a medida que se aceleran entre sí a casi la velocidadde luz.
Para rastrear las partículas que giran y el momento angular, los físicos de STAR correlacionaron las mediciones simultáneas en dos componentes diferentes del detector. El primero, conocido como Contadores de haz de haz, se sienta en los extremos delantero y trasero del detector STAR de tamaño doméstico, atrapandodesviaciones sutiles en los caminos de las partículas en colisión a medida que pasan una junto a la otra. El tamaño y la dirección de la desviación le dice a los físicos cuánto impulso angular hay y hacia dónde apunta cada evento de colisión.
Mientras tanto, la Cámara Time Project de STAR, una cámara llena de gas que rodea la zona de colisión, rastrea los caminos de cientos o incluso miles de partículas que salen perpendiculares al centro de las colisiones.
"Estamos buscando específicamente signos de hiperones Lambda, partículas giratorias que se descomponen en un protón y un pión que medimos en la Cámara de Proyección de Tiempo", dijo Ernst Sichtermann, portavoz adjunto de STAR y científico principal del Lawrence Berkeley National del DOELaboratorio: debido a que el protón sale casi alineado con la dirección de giro del hiperón, el seguimiento de dónde estos protones "hijos" golpean el detector puede ser un sustituto para rastrear cómo se alinean los espines de los hiperones.
"Estamos buscando alguna preferencia sistemática para la dirección de estos protones hijos alineados con el momento angular que medimos en los contadores de haz-haz", dijo Upsal. "La magnitud de esa preferencia nos dice el grado de vorticidad: eltasa promedio de remolino - del QGP "
Súper giro
Los resultados revelan que las colisiones RHIC crean el fluido más vortical de la historia, un QGP que gira más rápido que un tornado a mayor velocidad, más potente que el fluido que gira más rápido registrado. "Entonces, el fluido más ideal con la viscosidad más pequeña también tiene la mayor vorticidad,"Dijo Lisa
Esto tiene sentido, porque la baja viscosidad en el QGP permite que la vorticidad persista, dijo Lisa. "La viscosidad destruye los remolinos. Con QGP, si lo haces girar, tiende a seguir girando".
Los datos también están en el campo de juego de lo que las diferentes teorías predijeron para la vorticidad QGP. "Las diferentes teorías predicen cantidades diferentes, dependiendo de los parámetros que incluyan, por lo que nuestros resultados nos ayudarán a clasificar esas teorías y determinar qué factores son más relevantes,"dijo Sergei Voloshin, un colaborador de STAR de la Universidad Estatal de Wayne". Pero la mayoría de las predicciones teóricas eran demasiado bajas ", agregó." Nuestras mediciones muestran que el QGP es aún más vortico de lo previsto ".
Este descubrimiento se realizó durante el programa Beam Energy Scan, que explota la capacidad única de RHIC de variar sistemáticamente la energía de las colisiones en un rango en el que se han observado otros fenómenos particularmente interesantes. De hecho, las teorías sugieren que este puede ser el rango óptimopara el descubrimiento y posterior estudio de la alineación de espín inducida por la vorticidad, ya que se espera que el efecto disminuya a mayor energía.
Aumentar el número de hiperones Lambda rastreados en futuras colisiones en RHIC mejorará la capacidad de los científicos de STAR de usar estas mediciones para calcular la fuerza del campo magnético generado en las colisiones de RHIC. La fuerza del magnetismo influye en el movimiento de partículas cargadas a medida quese crean y emergen de colisiones RHIC, por lo que medir su resistencia es importante para caracterizar completamente el QGP, incluida la forma en que separa las partículas con carga diferente.
"La teoría predice que el campo magnético creado en los experimentos de iones pesados es mucho más alto que cualquier otro campo magnético en el universo", dijo Lisa. Al menos, poder medirlo con precisión puede obtener otro récord de QGP.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :