Primeros resultados del experimento ALICE del LHC


El LHC, comenzó a  primeros de Noviembre a provocar colisiones de iones pesados a 2’76 TeV. Tras varios meses en funcionamiento acelerando y provocando colisiones de protones, ha entrado en la fase de utilización de átomos de plomo a los que se arrancan los electrones. Los físicos teóricos de cuerdas están expectantes por sus resultados. La posibilidad de que los modelos de teoría de cuerdas basados en la dualidad gravedad/gauge permitan predecir nuevas propiedades del plasma de quarks y gluones (QGP) aún por descubrir los tiene a muchos en ascuas.

El trabajo con  iones de plomo abre una nueva fase en el LHC, se busca como era la materia en el universo instantes después del Big Bang. Como ya expliqué en la entrada “Quarks, Gluones y antimateria”, el plasma de quarks y gluones es la sopa cósmica primordial que se cree que ha existido poco después del Big Bang. Uno de los objetivos de esta fase de operación del acelerador es crear materia en ese estado y estudiar su evolución, con ello conoceremos algo más de las interacciones fuertes que mantienen unidos los quarks para formar neutrones y protones. En cada ion de plomo tenemos 82 protones.

El experimento Alice será el encargado del estudio de esas colisiones. Las primeras medidas de las colisiones de iones pesados de mayor energía del mundo han sido publicadas en dos artículos el sitio arXiv.org, Por un lado tenemos los resultados al producir colisiones frontales entre los iones y las que se producen de forma lateral. Cada una ha aportado datos de interés que parece contradicen algunas teorías acerca de cómo se comporta el universo a su nivel más primario. Los resultados son interesantes a pesar de estar conseguidos con un número relativamente pequeño de colisiones con haces de iones de plomo.

En la primera medida, se enumeraron las partículas cargadas que se produjeron con impactos frontales. El resultado demostró que se generaron en torno a 18000 partículas a partir de las colisiones de iones de plomo, hasta ese momento la referencia estaba en el Laboratorio Nacional de Brookhaven (RHIC), que trabajando con iones de oro y menos energía obtuvo 2,2 veces menos.

Las colisiones de los haces de plomo en el LHC se han realizado a más de 14 veces la energía de las colisiones de iones de oro del RHIC. La mayoría de teorías predecían que aunque se aumentase la energía no significaría un aumento proporcional de colisiones. Existía una línea de pensamiento que apostaba porque había un límite superior a cuántos gluones podrían empaquetarse en un área dada. Por lo que en algún momento, el número de gluones que interactúan o colisionan entre sí estaría saturado, y no se producirían más partículas. Pero las medidas publicadas por los científicos que se encargan del proyecto ALICE demuestran que, si ese límite existiese aún no se ha alcanzado en el LHC.

Imagina que tienes una lente de aumento lo bastante potente para ser capaz de ver un núcleo de plomo”, explica John Harris, de la Universidad de Yale, miembro del experimento ALICE. “Cuando miras al núcleo con un aumento menor, verás tres quarks y unos pocos gluones. Conforme subes el aumento, verás el mismo número de quarks, pero más gluones. Cuando colisionamos a las altas energías del LHC, estamos estudiando tamaños y distancias más pequeñas como con la lente de aumento, y allí los gluones desempeñarán un gran papel en lo que suceda.

En la segunda medida, se observaron las colisiones que no son frontales, sino que impactaban ligeramente descentrados. En esas condiciones se midió como fluye el sistema que se crea con los dos núcleos en colisión, el plasma de quark y gluón. El tipo de flujo, llamado elíptico, también ha sido medido en el RHIC y está relacionado con la fuerza de la interacción entre quarks y gluones con los núcleos. Las predicciones realizadas antes de las operaciones iniciales de RHIC en el año 2000 predecían que el plasma de quarks y gluones se comportaría como un gas. Sin embargo, en abril de 2005, se mostró que la materia producida en el RHIC se comportaba como un líquido, cuyas partículas  interactúan muy fuertemente entre sí. Esta materia líquida ha sido descrita como casi “perfecta” en el sentido de que fluye sin apenas resistencia a la fricción, o viscosidad.

Lo importante sobre cualquier fluido es su viscosidad – su resistencia a fluir, dice el científico de ALICE Peter Jacobs, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Si las partículas del fluido tienen una alta probabilidad de interactuar entre sí, el fluido tiene una viscosidad baja, y viceversa. En el RHIC vimos que un modelo con una viscosidad muy baja parece describir muy bien el flujo elíptico medido

La nueva medida de ALICE demuestra que el flujo elíptico en las colisiones del LHC es mayor que el del RHIC, pero Jacobs advierte que es demasiado pronto para traducir esa medida a una afirmación sobre la viscosidad del plasma de quark-gluón formado en el LHC. Desde luego empieza a tener más fuerza la teoría del líquido “perfecto” ya que aún aumentando la energía de manera tan considerable el plasma sigue sin comportarse como un gas.

En el LHC del CERN no solo está estudiando las colisiones de iones de plomo en el detector ALICE, también están haciéndolo en el ATLAS y CMS. Este último ha logrado detectar por primera vez en la historia un bosón Z generado en las colisiones de iones pesados.

Las colisiones protón-protón en el LHC  se retomarán a finales de Febrero. El modo de operación del LHC para el próximo año todavía tiene que ser discutido en el inicio de año, pero las colisiones en 2011 serán casi seguro con haces de protones a 4 TeV, es decir, con colisiones a 8 TeV c.m. Habrá que estar al tanto de las novedades. Máxime porque con estos números el LHC podrá explorar el rango de 114 – 600 GeV en busca del bosón de Higgs, como nos aclara la siguiente figura preliminar del experimento CMS (más información en Tiziano Camporesi, “CMS Status Report,” 104th LHCC Meeting).

 

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Publicado el 22 noviembre 2010 en Ciencia y Tecnología, LHC y etiquetado en , , , , , . Guarda el enlace permanente. Deja un comentario.

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