El experimento NA49 ("Experimento 49 del Área Norte") fue un experimento de física de partículas que investigó las propiedades del plasma de quarks y gluones . El sinónimo del experimento era Iones/TPC-Hadrones. Se llevó a cabo en el Área Norte del Super Sincrotrón de Protones (SPS) en el CERN entre 1991 y 2002. [1]
El experimento utilizó un detector de hadrones de gran aceptación (una cámara de proyección de tiempo ) para investigar las reacciones inducidas por la colisión de varios iones pesados (como los del plomo ) en objetivos hechos de una variedad de elementos. El propósito de NA49 fue estudiar la producción de hadrones cargados y partículas extrañas neutrales para buscar la predicción de la transición de desconfinamiento por la QCD de red.
El experimento NA49 fue la continuación del experimento NA35 y fue aprobado el 18 de septiembre de 1991. El experimento comenzó a recopilar datos en noviembre de 1994 y se completó el 19 de octubre de 2002. Fue sucedido por el experimento NA61 (SHINE). Los portavoces del experimento son Peter Seyboth y Reinhard Stock .
Según el Modelo Estándar (SM), los quarks solo pueden existir en combinaciones de dos y tres como hadrones, y un solo quark no puede estar solo en el vacío. Los quarks experimentan la interacción fuerte , mediada por el intercambio de gluones , mientras que los hadrones experimentan la fuerza nuclear , descrita por el complicado fenómeno de la interacción hadrónica. Materia de quarks es el nombre que se le da al estado en el que los quarks se desconfinan de un volumen de hadrones. La búsqueda de materia de quarks pone a prueba el SM, en particular la interacción fuerte, que es predicha por la teoría de calibre de red . Después del Big Bang, se supone que el Universo estuvo compuesto de materia de quarks, y la investigación de este estado podría proporcionar datos para estudios astrofísicos . [2]
La teoría de partículas predice que el calentamiento de la materia nuclear normal por encima de un valor crítico (de manera similar a la densidad) dará como resultado una materia de quarks y gluones desconfinada. Para producir este estado, se utilizan experimentos con objetivos fijos. Se bombardea un objetivo de lámina metálica delgada con un haz de núcleos pesados acelerados cerca de la velocidad de la luz. Inmediatamente después de la colisión, puede crearse un estado caliente y denso de materia de quarks y gluones, que impulsará una expansión explosiva. En este punto, la densidad y la temperatura disminuyen y la materia emite hadrones, que pueden detectarse mediante detectores. [3]
En el experimento NA49 se utilizaron cuatro cámaras de proyección temporal (TPC) de gran volumen para el seguimiento y la identificación de partículas. Las dos primeras TPC estaban dentro de imanes dipolares con bobinas superconductoras, que se utilizaban para determinar el momento de las partículas a partir de la curvatura de las trayectorias de las partículas cargadas. Las otras dos TPC se colocaron detrás de los imanes para deducir la pérdida de energía de ionización (dE/dx) y la velocidad de las partículas. [4] El experimento también utilizó un calorímetro grande adaptado de experimentos SPS anteriores, que pudo medir la energía transversal de los hadrones emitidos por la colisión. [5] Las mediciones del tiempo de vuelo (ToF) se realizaron mediante dos paredes de contador de centelleo, con una resolución temporal de 60 ps. Se utilizó electrónica de extremo frontal para leer las TPC. [6]
El haz utilizado era del SPS y consistía en el isótopo 208 Pb , una especie nuclear densa y pesada, con una energía de 33 TeV. [7] El objetivo utilizado en el experimento eran láminas delgadas de plomo, lo que daba como resultado una colisión nuclear Pb+Pb cuando el haz se dirigía hacia él. [8]
Se determinó que la densidad de energía creada en las colisiones del experimento NA49 era mayor que el valor crítico y, por lo tanto, lo suficientemente alta como para investigar la materia de quarks y gluones. Se determinó que era de 3 GeV por femtómetro cúbico, lo que coincidía con la QCD en red. [7] [9] [10] Además, el experimento también pudo determinar una temperatura de "congelación" de 120 MeV, la temperatura a la que se detienen las colisiones entre los hadrones producidos. [11]
Se utilizaron más resultados para determinar la transición de fase partón-hadrón que concuerda con la predicción de QCD en red. [12] Los resultados indican que la naturaleza de la transformación de fase ocurre sin un gran salto de calor latente, lo que está sujeto a discusiones teóricas. [13]
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