La teoría principal sobre cómo comenzó el universo es el Big Bang, que dice que hace 14 mil millones de años el universo existía como una singularidad, un punto unidimensional, con una gran variedad de partículas fundamentales contenidas en él. Calor extremadamente alto yla energía hizo que se inflara y luego se expandiera hacia el cosmos tal como la conocemos, y la expansión continúa hasta el día de hoy.
El resultado inicial del Big Bang fue un líquido intensamente caliente y enérgico que existió por solo microsegundos que fue de alrededor de 10 mil millones de grados Fahrenheit 5.5 mil millones de grados Celsius. Este líquido contenía nada menos que los bloques de construcción de toda la materia. Como el universoenfriado, las partículas se descomponen o combinan dando lugar a ... bueno, todo.
Quark-gluon plasma QGP es el nombre de esta sustancia misteriosa llamada así porque estaba compuesta de quarks, las partículas fundamentales, y gluones, que el físico Rosi J. Reed describe como "lo que los quarks usan para hablarEl uno al otro."
Los científicos como Reed, profesor asistente en el Departamento de Física de la Universidad de Lehigh cuya investigación incluye física experimental de alta energía, no pueden retroceder en el tiempo para estudiar cómo comenzó el Universo. Así que recrean las circunstancias, chocando iones pesados, talescomo el oro, a casi la velocidad de la luz, generando un ambiente que es 100,000 veces más caliente que el interior del Sol. La colisión imita cómo el plasma de quark-gluón se convirtió en materia después del Big Bang, pero a la inversa: el calor derrite los iones 'protones y neutrones, liberando los quarks y gluones ocultos dentro de ellos.
Actualmente solo hay dos aceleradores operativos en el mundo capaces de colisionar iones pesados, y solo uno en los EE. UU .: el Colisionador de iones pesados relativistas de Brookhaven National Lab RHIC. Está a unas tres horas en coche de Lehigh, en LongIsland, Nueva York.
Reed es parte de la Colaboración STAR, un grupo internacional de científicos e ingenieros que realizan experimentos con el Rastreador Solenoidal en RHIC STAR. El detector STAR es masivo y en realidad está compuesto por muchos detectores. Es tan grande como una casay pesa 1,200 toneladas. La especialidad de STAR es rastrear las miles de partículas producidas por cada colisión de iones en RHIC en busca de las firmas de plasma quark-gluon.
"Al realizar experimentos hay dos 'perillas' que podemos cambiar: la especie, como oro sobre oro o protón sobre protón, y la energía de colisión", dice Reed. "Podemos acelerar los iones de manera diferente para lograr diferentesrelación energía-masa "
Utilizando los diversos detectores STAR, el equipo colisiona iones a diferentes energías de colisión. El objetivo es mapear el diagrama de fase del plasma de quark-gluon, o los diferentes puntos de transición a medida que el material cambia bajo condiciones variables de presión y temperatura. Mapeo de quark-gluonEl diagrama de fase del plasma también está mapeando la fuerza nuclear fuerte, también conocida como cromodinámica cuántica QCD, que es la fuerza que mantiene unidos a los protones cargados positivamente.
"Hay un montón de protones y neutrones en el centro de un ion", explica Reed. "Estos están cargados positivamente y deberían repeler, pero hay una 'fuerza fuerte' que los mantiene unidos, lo suficientemente fuertes como para superar su tendenciapara separarse "
Comprender el diagrama de fases del plasma de quark-gluón y la ubicación y existencia de la transición de fase entre el plasma y la materia normal es de fundamental importancia, dice Reed.
"Es una oportunidad única para aprender cómo una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza opera a temperaturas y densidades de energía similares a las que existían solo microsegundos después del Big Bang", dice Reed.
Actualización de los detectores RHIC para mapear mejor la "fuerza fuerte"
El equipo STAR utiliza un Beam Energy Scan BES para hacer el mapeo de transición de fase. Durante la primera parte del proyecto, conocido como BES-I, el equipo recolectó evidencia observable con "resultados intrigantes". Reed presentó estos resultados enla quinta reunión conjunta de la División de Física Nuclear de APS y la Sociedad Física de Japón en Hawai en octubre de 2018 en una charla titulada: "Prueba de los límites de plasma de quark-gluón con escaneos de energía y especies en RHIC".
Sin embargo, las estadísticas limitadas, la aceptación y la mala resolución del plano de eventos no permitieron conclusiones firmes para un descubrimiento. La segunda fase del proyecto, conocida como BES-II, está avanzando e incluye una mejora en la que Reed está trabajando con STARmiembros del equipo: una actualización del Detector de planes de eventos. Los colaboradores incluyen científicos en Brookhaven y en la Universidad Estatal de Ohio.
El equipo STAR planea continuar realizando experimentos y recolectando datos en 2019 y 2020, utilizando el nuevo Detector de planes de eventos. Según Reed, el nuevo detector está diseñado para ubicar con precisión dónde ocurre la colisión y ayudará a caracterizar la colisión, específicamentecómo "de frente" es.
"También ayudará a mejorar las capacidades de medición de todos los demás detectores", dice Reed.
La colaboración de STAR espera realizar sus próximos experimentos en RHIC en marzo de 2019.
Además de su participación en STAR, Reed también forma parte de la colaboración sPHENIX que construirá un nuevo detector en Brookhaven, que se espera que comience a funcionar en 2023.
El material que Reed presentó en la conferencia se basa en el trabajo apoyado por la National Science Foundation en virtud de la Subvención No. 1614474.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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