Un experimento del CERN desafía la explicación actual sobre el comportamiento de los gluones

Una nueva medición del experimento ALICE del CERN ha proporcionado la visión más clara hasta la fecha sobre cómo se comportan los gluones dentro de los núcleos atómicos, desafiando el marco teórico conocido como sombreado nuclear y ofreciendo evidencia de un fenómeno competidor llamado saturación de gluones.

Explorando el núcleo a escalas sin precedentes

El estudio, publicado en Physical Review Letters, reporta la primera medición multidimensional de la producción fotonuclear incoherente de J/ψ en función de la energía de interacción y la transferencia de momento. Los investigadores utilizaron datos recopilados durante la segunda etapa del Gran Colisionador de Hadrones, estudiando encuentros ultraperiféricos en los que los núcleos de plomo pasaron cerca uno del otro sin colisionar directamente. Los intensos campos electromagnéticos que rodean a los núcleos en rápido movimiento actuaron como fuentes de fotones de alta energía, los cuales pudieron producir brevemente partículas J/ψ cuya tasa de creación es sensible a la estructura subyacente de los gluones.phys+1

El experimento analizó campos de gluones a resoluciones de 0.6, 0.3 y 0.2 femtómetros, siendo la más fina equivalente a estructuras de aproximadamente un cuarto del tamaño de un protón. El físico nuclear de la Universidad de Kansas, Daniel Tapia Takaki, quien desempeñó un papel destacado en la investigación, comparó la técnica con pasar de una imagen borrosa a un microscopio de alta resolución.bioengineer+1

El sombreado no es suficiente

En las escalas espaciales más pequeñas exploradas, la tasa de producción de partículas J/ψ se vio suprimida con una significancia estadística de aproximadamente tres desviaciones estándar. Este patrón es difícil de conciliar con el sombreado nuclear, un marco en el que los gluones de diferentes nucleones se superponen y se oscurecen parcialmente, reduciendo la probabilidad de ciertas interacciones. Aunque el sombreado ha descrito con éxito mediciones anteriores, no puede explicar completamente los nuevos datos.phys+1

"En cambio, las observaciones son consistentes con un fenómeno diferente conocido como saturación de gluones, predicho por la teoría de la cromodinámica cuántica", dijo Takaki. "En este régimen, los gluones se vuelven tan densamente empaquetados que comienzan a interactuar fuertemente entre sí, limitando cuántos pueden existir en una región determinada".phys

Por qué es importante

Los gluones transportan la fuerza nuclear fuerte y representan casi toda la masa de la materia visible en el universo a través de la energía almacenada en la interacción fuerte. Takaki señaló que comprender su comportamiento es "esencial para entender cómo la materia misma adquiere su masa y estructura".bioengineer+1

Los hallazgos aún no establecen cada detalle de la saturación de gluones, y se necesitarán mediciones adicionales. Sin embargo, al combinar mediciones dependientes de la energía con información de transferencia de momento en energías fotón-núcleo que van de 20 a 633 mil millones de electronvoltios, la colaboración ALICE ha proporcionado la base experimental más sólida hasta la fecha para distinguir entre los dos modelos en competencia.phys+1