Una sopa de quarks, antiquarks i gluons a 4 bilions de kelvins

Física de partícules: Com que un kelvin (K) equival a un ºC, amb l’única diferència que l’escala de Kelvin parteix del zero absolut, i que l’escala de Celsius parteix del punt de congelació de l’aigua pura al nivell del mar (273,16 K), per a temperatures molt elevades poca diferència hi ha entre expressar la cosa en ºC o en K. Per entendre’ns en el centre del Sol, és el mateix dir que la temperatura és de 16 milions de K que de 16 milions de ºC. Ja hem dit que l’escala de temperatura un zero absolut, un valor mínim equivalent a la manca absoluta de moviment de partícules. Però per la banda de dalt no hi ha límits. Ho mostra, de fet, que en experiments recents en el Col·lisionador d’Ions Pesants i Relativístics (RHIC) s’hagin arribat a temperatures de 4•1012 K, com a conseqüència de fer xocar a altes velocitats (properes a la velocitat de la llum i, per tant, relativístiques en el sentit lorenzià-einstenià del terme) partícules de plom (Pb). Evidentment es tracta de punts locals de temperatura, però assolits en un abast suficient com per detectar-ne els efectes. A aquestes temperatures no és correcte parla de “gasos”, ni tan sols de “plasma”, i així els investigadors que presenten ara les dades en revistes internacional parlen d’una “sopa calenta de quarks, antiquarks i gluons”. Aquest estadi és com fer una ullada al passat, a l’època primigènia de l’univers, que tot just durà 1 microsegon.

El RHIC

El RHIC és un accelerador de partícules de 3,8 km de circumferència que forma part de les immenses instal•lació dels Laboratori Nacional de Brookhaven.

La formació de plasma de quarks-gluons

La sopa o plasma de quarks i gluons es pot considerar com un estat diferent de la matèria. Hom parla de plasma per referir-se al gas ionitzat, on els electrons queden separats dels nuclis atòmics. En el cas del plasma quark-gluònic, les energies són prou elevades com per dissociar els nuclis atòmics i també els hadrons (protons i neutrons) que els integren, en les partícules fonamentals, els quarks (partícules materials) i els gluons (partícules portades de la interacció nuclear forta).

En el RHIC aquest plasma es genera com a conseqüència de col·lisions a velocitat relativísitca entre nuclis de plom. Serà el fort camp magnètic que generen aquestes col·lisions el que també ens deixarà entreveure les propietats del plasma quark-gluònic.

El comportament de la sopa calenta de quark, antiquarks i gluons

El més rellevant de les col·lisions d’altes energies és contrastar les dades empíriques amb els models teòrics de la física de partícules. En particular, es tracta d’analitzar els trencaments de simetria en les interaccions entre quarks i gluons. Les ‘bombolles’ serien àrees de la sopa on aquestes interaccions no seguirien la simetria que les caracteritza en la matèria bariònica. Quarks i gluons es combinen per formar protons, neutrons i d’altres partícules pesants (hadrons) a temperatures ‘més baixes’. Però a temperatures de l’ordre de bilions de K apareixen comportaments i interaccions diferents.

Aquestes ‘violacions de simetria’ s’haurien d’haver produït en l’era dels quarks (quan l’univers tenia entre una bilionèssima i una milionèssima d’edat). Cal no confondre-les amb les asimetries entre quarks i antiquarks que, en una època encara anterior (i ara com ara inabastable de reproduir en els nostres acceleradors de partícules) generaren el desequilibri que faria sobreviure unes poques partícules del brogit d’anihilacions entre partícules i antipartícules.

Mitjançant el detector STAR hom ha estudiat les violacions de la simetria P (paritat) que es produeixen en l’efímer plasma quark-gluònic. Un esdeveniment és P-simètric si té lloc amb independència de la direcció. L’asimetria P, en aquest cas, consisteix en el fet que els quarks amb càrrega positiva tendeixen estatísticament a emergir en paral·lel al camp magnètic produït per la col·lisió, mentre que els quarks amb càrrega negativa ho fan en la direcció oposada. Val a dir, que en les col·lisions més energètiques, aquesta asimetria no s’observa i, per tant, es tractaria d’un fenomen limitat a la transició entre el plasma quark-gluònic i el plasma d’hadrons.

En certa mesura, encara que els resultats eren inesperats, queden sota el marc teòrica de la cromodinàmica quàntica (QCD), la teoria quàntica de camp que explica la interacció nuclear forta (que manté units hadrons i nucleons).

Lligams:

‘Bubbles’ of Broken Symmetry in Quark Soup at RHIC, comunicat de premsa del RHIC.

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada