En un túnel circular de 17 millas debajo de la frontera entre Francia y Suiza, una colaboración internacional de científicos realiza experimentos utilizando el instrumento científico más avanzado del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones LHC. Al romper protones que viajan cerca de la velocidad de la luz, los físicos de partículas analizan estas colisiones y aprenden más sobre la composición fundamental de toda la materia en el universo. En los últimos años, por ejemplo, estos experimentos mostraron datos que condujeron al Premio Nobel por el descubrimiento del Bosón de Higgs.
Ahora, un equipo de físicos de partículas experimentales de alta energía, incluidos varios de la Universidad de Kansas, ha descubierto posibles evidencias de una cuasipartícula subatómica denominada "odderon" que, hasta ahora, solo se había teorizado que existía.Los resultados se publican actualmente en los servidores de preimpresión arXiv y CERN en dos documentos que se han enviado a revistas revisadas por pares.
"Hemos estado buscando esto desde la década de 1970", dijo Christophe Royon, profesor distinguido de la Fundación en el Departamento de Física y Astronomía de KU.
Los nuevos hallazgos se refieren a hadrones la familia de partículas que incluye protones y neutrones, que están compuestos de quarks "pegados" junto con gluones. Estos experimentos particulares involucran "colisiones" donde los protones permanecen intactos después de la colisión.En experimentos, los científicos detectaron colisiones que involucraron solo un número par de gluones intercambiados entre diferentes protones.
"Los protones interactúan como dos grandes camiones que transportan automóviles, del tipo que se ve en la carretera", dijo Timothy Raben, un teórico de partículas en KU que ha trabajado en el odderon. "Si esos camiones se estrellaran juntos, después deen el accidente, todavía tendrían los camiones, pero los autos ahora estarían afuera, ya no a bordo de los camiones, y también se producirían autos nuevos la energía se transforma en materia ".
En el nuevo artículo, los investigadores que usan más energía y observan colisiones con más precisión informan evidencia potencial de un número impar de gluones, sin quarks, intercambiados en las colisiones.
"Hasta ahora, la mayoría de los modelos pensaban que había un par de gluones, siempre un número par", dijo Royon. "Ahora medimos por primera vez el mayor número de eventos y propiedades y con una nueva energía. Encontramosmediciones que son incompatibles con este modelo tradicional de asumir un número par de gluones. Es una especie de descubrimiento que podríamos haber visto por primera vez, este intercambio extraño del número de gluones. Puede haber tres, cinco, siete o másgluones "
Los investigadores de KU explicaron que el odderón puede verse como la contribución total proveniente de todos los tipos de intercambio de gluones impar. Representa la participación de los tres, cinco, siete u otros números impares de gluones. Por el contrario, el modelo más antiguosupone una contribución de todos los números pares de gluones, por lo que incluye contribuciones de dos, cuatro, seis o más gluones pares.
En el LHC, el trabajo fue realizado por un equipo de más de 100 físicos de ocho países utilizando el experimento TOTEM, cerca de uno de los cuatro puntos en el supercollider donde los rayos de protones se dirigen entre sí, causando miles de millones de pares de protoneschocar cada segundo.
los investigadores de KU dijeron que los hallazgos brindan nuevos detalles al Modelo Estándar de física de partículas, una teoría de la física ampliamente aceptada que explica cómo interactúan los componentes básicos de la materia.
"Esto no rompe el modelo estándar, pero hay regiones muy opacas del modelo estándar, y este trabajo ilumina una de esas regiones opacas", dijo Raben.
Los físicos han imaginado la existencia del odderon durante muchas décadas, pero hasta que el LHC comenzó a operar a sus energías más altas en 2015, el odderon siguió siendo una mera conjetura. Los datos recopilados y presentados en el nuevo documento se recopilaron a 13 teraelectronvolts TeV, los científicos más rápidos han podido colisionar protones.
"Estas ideas se remontan a los años 70, pero incluso en ese momento rápidamente se hizo evidente que no estábamos cerca tecnológicamente de poder ver el odderon, por lo que si bien hay varias décadas de predicciones, no se ha visto el odderon", Dijo Raben.
Según los investigadores de KU, el experimento TOTEM fue diseñado para detectar los protones que no son destruidos por la colisión, sino que solo están ligeramente desviados. Por lo tanto, los detectores de partículas TOTEM se colocan a unos pocos milímetros de los haces de protones que salieronno interactuar. Al comparar los resultados actuales con mediciones realizadas a energías más bajas utilizando aceleradores de partículas menos potentes, TOTEM ha podido realizar la medición más precisa de la historia.
Los coautores compararon la proporción de firmas de colisiones a diversas energías para establecer el "parámetro rho", una medida que ayudó a generar evidencia de la posible presencia de odderones.
"Si vas a energías realmente altas, hay firmas del comportamiento de los haces colisionados a una energía alta que se puede medir", dijo Raben. "Pero hay diferentes tipos de firmas de crecimiento de alta energía. Hasta ahora,solo hemos tenido que pensar en un tipo de comportamiento de crecimiento de alta energía. Esencialmente, estas cantidades pueden cambiar en función de la cantidad de energía. El parámetro rho esencialmente mide la relación entre una firma y otra de este crecimiento de alta energía."
Dicha medición del parámetro rho se debe al trabajo compartido, la colaboración y las contribuciones clave, en el hardware de los detectores y, en particular, en el análisis de la física, por varios postdocs y físicos superiores.
Aparte de Royon, el personal de KU involucrado en los nuevos hallazgos de TOTEM incluye al investigador postdoctoral Nicola Minafra, quien obtuvo un premio de logro CMS este año, y los estudiantes graduados Cristian Baldenegro Barrera, Justin Williams, Tommaso Isidori y Cole Lindsey. Otros investigadores de KU que participan enel trabajo es Laurent Forthomme, un investigador postdoctoral también con sede en el CERN y que trabaja en los experimentos CMS / TOTEM, y el estudiante graduado Federico Deganutti, que trabaja con Raben en teoría.
"Nuestros estudiantes provienen de muchas naciones diferentes", dijo Royon. "KU está trabajando en la frontera de las cosas nuevas, y esperamos grandes resultados en los próximos meses o años. Otros esfuerzos de investigación incluyen la búsqueda de una dimensión adicional en eluniverso, pero por ahora solo estamos mirando los datos "
Royon dijo que los detectores de tiempo rápido del experimento TOTEM utilizados para medir el tiempo de vuelo de los protones en el LHC podrían ver muchas aplicaciones en medicina, física espacial con la NASA para medir rayos cósmicos y desalinización de agua de mar, un concepto que elEl físico de KU está explorando con Mark Shiflett, profesor distinguido de la Fundación en la Escuela de Ingeniería de KU.
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Materiales proporcionado por Universidad de Kansas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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