Los físicos del colisionador de átomos más grande del mundo han detectado una misteriosa partícula primordial de los albores de los tiempos.
Alrededor de 100 de las partículas «X» de corta duración, llamadas así debido a sus estructuras desconocidas, fueron detectadas por primera vez en medio de billones de otras partículas dentro del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo, ubicado cerca de Ginebra en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear).
Estas partículas X, que probablemente existieron en las más pequeñas fracciones de segundo después de la Big Bangfueron detectados dentro de un caldo turbio de partículas elementales llamado quark-gluon plasmaformado en el LHC al chocar entre sí dirigir iones Al estudiar las partículas X primordiales con más detalle, los científicos esperan construir la imagen más precisa hasta el momento de los orígenes del universo. Publicaron sus hallazgos el 19 de enero en la revista Cartas de revisión física.
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«Este es solo el comienzo de la historia», dijo el autor principal Yen-Jie Lee, miembro de la colaboración CMS del CERN y físico experimental de partículas en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, dijo en un comunicado. «Hemos demostrado que podemos encontrar una señal. En los próximos años, queremos usar el plasma de quarks y gluones para sondear la estructura interna de la partícula X, lo que podría cambiar nuestra visión de qué tipo de material debería producir el universo».
Los científicos rastrean los orígenes de las partículas X hasta unas pocas millonésimas de segundo después del Big Bang, cuando el universo era una sopa de plasma supercalentada a un billón de grados repleta de quarks y gluones, partículas elementales que pronto se enfriaron y se combinaron en protones más estables. y neutrones que conocemos hoy.
Justo antes de este rápido enfriamiento, una pequeña fracción de los gluones y los quarks chocaron, uniéndose para formar partículas X de vida muy corta. Los investigadores no saben cómo se configuran las partículas elementales para formar la estructura de la partícula X. Pero si los científicos pueden resolver eso, tendrán una mejor comprensión de los tipos de partículas que abundaban durante los primeros momentos del universo.
Para recrear las condiciones de un universo en su infancia, los investigadores del LHC dispararon positivamente cargado dirigir átomos entre sí a alta velocidad, aplastándolos para producir miles de partículas más en un estallido momentáneo de plasma que se asemeja a la caótica sopa primordial del universo joven. Esa fue la parte fácil. La parte difícil fue filtrar datos de 13 mil millones de colisiones de iones frontales para encontrar las partículas X.
«Teóricamente hablando, hay tantos quarks y gluones en el plasma que la producción de partículas X debería mejorarse», dijo Lee. «Pero la gente pensó que sería demasiado difícil buscarlos, porque hay muchas otras partículas producidas en esta sopa de quarks».
Pero los investigadores tenían una pista útil con la que trabajar. Aunque los físicos de partículas no conocen la estructura de la partícula X, sí saben que debería tener un patrón de descomposición muy distinto, porque las partículas «hijas» que produce deberían desprenderse en ángulos muy diferentes a los producidos por otras partículas. Este conocimiento permitió a los investigadores producir un algoritmo que detectó los signos reveladores de docenas de partículas X.
«Es casi impensable que podamos extraer estas 100 partículas de este enorme conjunto de datos», dijo en el comunicado el coautor Jing Wang, físico del MIT. «Todas las noches me preguntaba, ¿es esto realmente una señal o no? ¡Y al final, los datos dijeron que sí!»
Ahora que los investigadores han identificado la firma de la partícula X, pueden determinar su estructura interna. Los protones y los neutrones están formados por tres quarks estrechamente unidos, pero los investigadores creen que la partícula X se verá completamente diferente. Como mínimo, saben que la nueva partícula contiene cuatro quarks, pero no saben cómo están ligados. La nueva partícula podría comprender cuatro quarks unidos con la misma fuerza, lo que la convierte en una partícula exótica llamada tetraquark, o dos pares de quarks, llamados mesones, débilmente unidos entre sí.
«Actualmente, nuestros datos son consistentes con ambos [structures] porque todavía no tenemos suficientes estadísticas”, dijo Lee. “En los próximos años, tomaremos muchos más datos para poder separar estos dos escenarios. Eso ampliará nuestra visión de los tipos de partículas que se produjeron abundantemente en el universo primitivo».
Publicado originalmente en Live Science.
