Extrañeza y plasma de quarks-gluones

firma subatómica

En física nuclear de alta energía , la producción de extrañeza en colisiones relativistas de iones pesados ​​es una herramienta de diagnóstico y firma de la formación y las propiedades del plasma de quarks-gluones (QGP). ^[1] A diferencia de los quarks arriba y abajo , a partir de los cuales se fabrica la materia cotidiana, los tipos de quarks más pesados, como los extraños y los encantadores , suelen acercarse al equilibrio químico en un proceso de evolución dinámica. QGP (también conocido como materia de quarks ) es un conjunto localizado de quarks y gluones que interactúan en equilibrio térmico (cinético) y no necesariamente químico (abundancia). La palabra plasma indica que las partículas cargadas de color (quarks y/o gluones) pueden moverse en el volumen ocupado por el plasma. La abundancia de quarks extraños se forma en procesos de producción de pares en colisiones entre los constituyentes del plasma, creando el equilibrio químico de abundancia. El mecanismo dominante de producción implica que los gluones sólo estén presentes cuando la materia se ha convertido en un plasma de quarks-gluones. Cuando el plasma de quarks-gluones se descompone en hadrones en un proceso de desintegración, la alta disponibilidad de antiquarks extraños ayuda a producir antimateria que contiene múltiples quarks extraños, que de otro modo rara vez se produce. Actualmente se hacen consideraciones similares para el sabor de encanto más pesado , que se produce al comienzo del proceso de colisión en las primeras interacciones y sólo abunda en los entornos de alta energía del Gran Colisionador de Hadrones del CERN .

Plasma de quarks-gluones en el universo primitivo y en el laboratorio

La colisión entre dos núcleos altamente energéticos crea un entorno extremadamente denso, en el que los quarks y gluones pueden interactuar como partículas libres durante breves momentos. Las colisiones ocurrieron a velocidades tan extremas que los núcleos quedaron "descompuestos" debido a la contracción de Lorentz .

Los quarks libres probablemente existieron en las condiciones extremas del universo primitivo hasta unos 30 microsegundos después del Big Bang, ^[2] en un gas muy caliente de quarks libres, antiquarks y gluones. Este gas se llama plasma de quarks-gluones (QGP), ya que la carga de interacción de quarks ( carga de color ) es móvil y los quarks y gluones se mueven. Esto es posible porque a alta temperatura el universo primitivo se encuentra en un estado de vacío diferente , en el que la materia normal no puede existir pero sí los quarks y gluones; están desconfinados (capaces de existir de forma independiente como partículas separadas y no unidas). Para recrear esta fase desconfinada de la materia en el laboratorio es necesario superar una temperatura mínima, o su equivalente, una densidad mínima de energía . Los científicos logran esto mediante colisiones de partículas a velocidades extremadamente altas, donde la energía liberada en la colisión puede elevar la energía de las partículas subatómicas a un nivel extremadamente alto, suficiente para que formen brevemente una pequeña cantidad de plasma de quarks y gluones que puede estudiarse en experimentos de laboratorio durante poco más del tiempo que la luz necesita para cruzar la bola de fuego QGP, es decir, unos 10 ⁻²² s. Después de este breve tiempo, la gota caliente de plasma de quarks se evapora en un proceso llamado hadronización . Esto es así porque prácticamente todos los componentes del QGP fluyen a una velocidad relativista. De esta manera, es posible estudiar condiciones similares a las del Universo temprano a una edad de entre 10 y 40 microsegundos.

El descubrimiento de este nuevo estado de la materia QGP ha sido anunciado tanto en el CERN ^[3] como en el Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL). ^[4] Los trabajos preparatorios que permitieron estos descubrimientos se llevaron a cabo en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) en Bevalac . ^[5] Se están construyendo nuevas instalaciones experimentales, FAIR en el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados ​​(GSI) y NICA en JINR. La extrañeza como característica de QGP se exploró por primera vez en 1983. ^[6] Se están reuniendo pruebas experimentales exhaustivas sobre sus propiedades. Un trabajo reciente realizado por la colaboración ALICE ^[7] en el CERN ha abierto un nuevo camino para el estudio de QGP y la producción de extrañeza en colisiones de pp de muy alta energía.

Extrañeza en el plasma de quarks y gluones

El diagnóstico y el estudio de las propiedades del plasma de quarks-gluones se pueden realizar utilizando quarks que no están presentes en la materia que vemos a nuestro alrededor. El trabajo experimental y teórico se basa en la idea de mejora de la extrañeza. Este fue el primer observable de plasma de quarks-gluones propuesto en 1980 por Johann Rafelski y Rolf Hagedorn . ^[8] A diferencia de los quarks arriba y abajo, los núcleos en colisión no hacen reaccionar los quarks extraños. Por lo tanto, cualquier quark o antiquark extraño observado en experimentos ha sido "recién creado" a partir de la energía cinética de núcleos en colisión, siendo los gluones el catalizador. ^[9] Convenientemente, la masa de quarks y antiquarks extraños es equivalente a la temperatura o energía a la que los protones, neutrones y otros hadrones se disuelven en quarks. Esto significa que la abundancia de quarks extraños es sensible a las condiciones, estructura y dinámica de la fase de materia desconfinada, y si su número es grande se puede suponer que se alcanzaron las condiciones de desconfinación. Una señal aún más fuerte de mejora de la extrañeza es la producción altamente mejorada de antibariones extraños. ^{[10] [11]} Koch, Müller y Rafelski presentaron una revisión integral temprana de la extrañeza como una firma de QGP, ^[12] que fue actualizada recientemente. ^[13] La abundancia de antibariones extraños producidos, y en particular anti-omega , permitió distinguir el gran dominio QGP completamente desconfinado ^[14] de los modelos de quarks colectivos transitorios, como el modelo de cuerda de color propuesto por Biró, Nielsen y Knoll. ^[15] La relativa abundancia de resuelve ^[16] las preguntas planteadas por el modelo canónico de mejora de la extrañeza. ^[17] ${\displaystyle {\bar {\Omega }}({\bar {s}}{\bar {s}}{\bar {s}})}$ ${\displaystyle \phi (s{\bar {s}})/{\bar {\Xi }}({\bar {q}}{\bar {s}}{\bar {s}})}$

Equilibrio de extrañeza en el plasma de quarks y gluones

No se puede suponer que en todas las condiciones la producción de quarks extraños esté en equilibrio térmico. En general, la composición del plasma con sabor a quarks varía durante su vida ultracorta a medida que se cocinan en su interior nuevos sabores de quarks, como la extrañeza. Los quarks arriba y abajo a partir de los cuales se forma la materia normal se producen fácilmente como pares quark-antiquark en la bola de fuego caliente porque tienen masas pequeñas. Por otro lado, el siguiente tipo de quark más ligero (quarks extraños) alcanzará su alta abundancia térmica en plasma de quarks-gluones siempre que haya suficiente tiempo y la temperatura sea lo suficientemente alta. ^[13] Este trabajo elaboró ​​la teoría cinética de la producción de extrañeza propuesta por T. Biro y J. Zimanyi, quienes demostraron que los quarks extraños no podían producirse lo suficientemente rápido por sí solos mediante reacciones quark-antiquark. ^[18] Se propuso un nuevo mecanismo operativo solo en QGP.

Fusión de gluones en extrañeza

Diagramas de Feynman para el orden más bajo en procesos de producción de extrañeza constante y acoplamiento fuerte: la fusión de gluones, arriba, domina la producción basada en quarks ligeros. ${\displaystyle \alpha _{s}}$

El equilibrio del rendimiento del rendimiento de extrañeza en QGP solo es posible gracias a un nuevo proceso, la fusión de gluones, como lo demuestran Rafelski y Müller . ^[9] La sección superior de la figura de los diagramas de Feynman muestra los nuevos procesos de fusión de gluones: los gluones son las líneas onduladas; los quarks extraños son las líneas continuas; el tiempo corre de izquierda a derecha. La sección inferior es el proceso en el que el par de quarks más pesado surge del par de quarks más ligeros que se muestran como líneas discontinuas. El proceso de fusión de gluones ocurre casi diez veces más rápido que el proceso de extrañeza basado en quarks y permite lograr un alto rendimiento térmico donde el proceso basado en quarks no lo lograría durante la duración del "micro-explosión". ^[19]

La proporción de pares recién producidos con los pares de quarks ligeros normalizados (la proporción de Wroblewski ^[20] ) se considera una medida de la eficacia de la producción de extrañeza. Esta proporción se duplica con creces en las colisiones de iones pesados, ^[21] proporcionando una confirmación independiente del modelo de un nuevo mecanismo de producción de extrañeza que opera en las colisiones que producen QGP. ${\displaystyle {\bar {s}}s}$ ${\displaystyle {\bar {u}}u+{\bar {d}}d/2}$

En cuanto al encanto y el sabor del fondo : ^{[22] [23]} las colisiones de gluones aquí ocurren dentro de la fase de materia térmica y, por lo tanto, son diferentes de los procesos de alta energía que pueden surgir en las primeras etapas de las colisiones cuando los núcleos chocan entre sí. Allí se producen predominantemente los quarks más pesados, charm y bottom. El estudio de las colisiones nucleares relativistas (iones pesados) de la producción de partículas hadrónicas encantadas y pronto también de fondo, además de la extrañeza, proporcionará una confirmación complementaria e importante de los mecanismos de formación, evolución y hadronización del plasma de quarks-gluones en el laboratorio. ^[7]

Hadronización de extrañeza (y encanto)

Ilustración del proceso de dos pasos de producción de antibariones extraños, una firma clave de QGP: la extrañeza se produce dentro de la bola de fuego y luego, en un proceso independiente de hadronización, varios quarks (anti)extraños forman (anti)bariones. La producción de triple extraño y es la firma más fuerte hasta la fecha de la formación de QGP. ${\displaystyle \Omega }$ ${\displaystyle {\bar {\Omega }}}$

Estos extraños quarks recién cocinados encuentran su camino hacia una multitud de partículas finales diferentes que emergen cuando la bola de fuego de plasma de quarks-gluones caliente se rompe; vea el esquema de los diferentes procesos en la figura. Dada la disponibilidad de antiquarks en la "bola de fuego", también se encuentra una multitud de partículas de antimateria que contienen más de un quark extraño. Por otro lado, en un sistema que involucra una cascada de colisiones nucleón-nucleón, la antimateria multiextraña se produce con menos frecuencia considerando que deben ocurrir varios eventos relativamente improbables en el mismo proceso de colisión. Por esta razón, se espera que el rendimiento de partículas de antimateria multiextrañas producidas en presencia de materia de quarks aumente en comparación con las series de reacciones convencionales. ^{[24] [25]} Los quarks extraños también se unen con los quarks charm más pesados ​​y los quarks inferiores a los que también les gusta unirse entre sí. Así, en presencia de un gran número de estos quarks, se pueden producir partículas exóticas inusualmente abundantes; algunos de los cuales nunca antes se habían observado. Este debería ser el caso en la próxima exploración en el nuevo Gran Colisionador de Hadrones del CERN de las partículas que tienen como componentes quarks encantadores y extraños, e incluso quarks de fondo. ^[26]

Extraña desintegración y observación de hadrones

Universalidad de los espectros de masas transversales de bariones y antibariones extraños medidos por la colaboración CERN-WA97. ^[27] Colisiones a 158 A GeV. Estos resultados demuestran que todas estas partículas se producen en una bola de fuego explosivamente hadronizante (de QGP) y no sufren más interacciones una vez producidas. Este resultado clave muestra, por tanto, la formación de un nuevo estado de la materia anunciado en el CERN en febrero de 2000.

Los quarks extraños son naturalmente radiactivos y se desintegran mediante interacciones débiles en quarks más ligeros en una escala de tiempo extremadamente larga en comparación con los tiempos de colisión nuclear. Esto hace que sea relativamente fácil detectar partículas extrañas a través de las huellas dejadas por sus productos de desintegración. Consideremos como ejemplo la desintegración de un barión cargado negativamente (verde en la figura, dss), en un pión negativo ( ${\displaystyle \Xi }$
tu
d) y un barión neutro (uds) . Posteriormente, el se desintegra en un protón y otro pión negativo. En general, esta es la firma de la decadencia de un . Aunque el barión negativo (sss) tiene una topología de desintegración en estado final similar, se puede distinguir claramente del barión porque sus productos de desintegración son diferentes. ${\displaystyle \Lambda }$ ${\displaystyle \Lambda }$ ${\displaystyle \Xi }$ ${\displaystyle \Omega }$ ${\displaystyle \Xi }$

La medición de la formación abundante de (uss/dss), (sss) y especialmente de sus antipartículas es una piedra angular importante de la afirmación de que se ha formado plasma de quarks-gluones. ^[27] Esta abundante formación se presenta a menudo en comparación con la expectativa escalada de las colisiones normales entre protones; sin embargo, dicha comparación no es un paso necesario en vista de los grandes rendimientos absolutos que desafían las expectativas de los modelos convencionales. ^[12] El rendimiento global de extrañeza también es mayor de lo esperado si se ha logrado la nueva forma de materia. Sin embargo, teniendo en cuenta que los quarks ligeros también se producen en procesos de fusión de gluones, se espera una mayor producción de todos los hadrones. El estudio de los rendimientos relativos de partículas extrañas y no extrañas proporciona información sobre la competencia de estos procesos y, por tanto, sobre el mecanismo de reacción de la producción de partículas. ${\displaystyle \Xi }$ ${\displaystyle \Omega }$

Sistemática de la creación de materia extraña y antimateria.

La mejora del rendimiento antibariónico aumenta con el número de quarks recién formados (s, anti-s, anti-q) y el tamaño del sistema en colisión representado por el número de nucleones "dañados=heridos" en la colisión de iones pesados ​​relativistas. Los resultados de SPS, RHIC y ALICE se muestran como función de los nucleones participantes escalados; esto representa una mejora residual después de eliminar la escala con el número de participantes.

El trabajo de Koch, Muller, Rafelski ^[12] predice que en un proceso de hadronización de plasma de quarks-gluones, la mejora para cada especie de partícula aumenta con el contenido de extrañeza de la partícula. Se midieron las mejoras de las partículas que transportan uno, dos y tres quarks extraños o antiextraños y este efecto fue demostrado por el experimento CERN WA97 ^[28] a tiempo para el anuncio del CERN en 2000 ^[29] de una posible formación de plasma de quarks-gluones en su experimentos. ^[30] Estos resultados fueron elaborados por la colaboración sucesora NA57 ^[31] como se muestra en la mejora de la figura antibariónica. El aumento gradual de la mejora en función de la variable que representa la cantidad de materia nuclear que participa en las colisiones y, por tanto, en función de la centralidad geométrica de la colisión nuclear, favorece fuertemente la fuente de plasma de quarks-gluones sobre las reacciones normales de materia.

Una mejora similar se obtuvo mediante el experimento STAR en el RHIC . ^[32] Aquí se consideran los resultados obtenidos cuando se consideran dos sistemas en colisión a 100 A GeV en cada haz: en rojo las colisiones oro-oro más intensas y en azul las colisiones cobre-cobre más pequeñas. La energía en RHIC es 11 veces mayor en el marco de referencia CM en comparación con el trabajo anterior del CERN. El resultado importante es que la mejora observada por STAR también aumenta con el número de nucleones participantes. Observamos además que para los eventos más periféricos con el menor número de participantes, los sistemas de cobre y oro muestran, con el mismo número de participantes, la misma mejora esperada.

Otra característica destacable de estos resultados, al comparar el CERN y el STAR, es que la mejora es de magnitud similar para las muy diferentes energías de colisión disponibles en la reacción. Esta casi independencia energética de la mejora también concuerda con el enfoque del plasma de quarks-gluones con respecto al mecanismo de producción de estas partículas y confirma que un plasma de quarks-gluones se crea en una amplia gama de energías de colisión, muy probablemente una vez que se alcanza un umbral mínimo de energía. excedido.

ALICE: Resolución de las cuestiones pendientes sobre la extrañeza como firma del plasma de quarks y gluones

Los resultados del LHC-ALICE se obtuvieron en tres sistemas de colisión diferentes con la energía más alta disponible en función de la multiplicidad de hadrones cargados producidos. ^{[33] [34] [35]} ${\displaystyle ({\bar {\Xi }}+\Xi /\phi )}$

Relación con pion de rendimientos integrados para y . La evolución con multiplicidad a velocidad media, se informa para varios sistemas y energías, incluidos pp en TeV, p-Pb en TeV, y también los resultados preliminares de ALICE para pp en TeV, Xe-Xe en TeV y Pb-Pb en Los TeV se incluyen a modo de comparación. Las barras de error muestran la incertidumbre estadística, mientras que los cuadros vacíos muestran la incertidumbre sistemática total. ^[36] ${\displaystyle p,K_{s}^{0},\Lambda ,\phi ,\Xi }$ ${\displaystyle \Omega }$ ${\displaystyle \operatorname {d} \!N_{ch}/\operatorname {d} \!\eta _{<0.5}}$ ${\displaystyle {\sqrt {s}}=7}$ ${\displaystyle {\sqrt {s_{\operatorname {N} \!\operatorname {N} \!}}}=5.02}$ ${\displaystyle {\sqrt {s}}=13}$ ${\displaystyle {\sqrt {s_{\operatorname {N} \!\operatorname {N} \!}}}=5.44}$ ${\displaystyle {\sqrt {s_{\operatorname {N} \!\operatorname {N} \!}}}=5.02}$

La altísima precisión de los espectros de partículas (extrañas) y la gran cobertura de momento transversal reportada por la Colaboración ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) permite una exploración en profundidad de los desafíos persistentes, que siempre acompañan a la nueva física, y aquí en particular las preguntas que rodean firma de extrañeza. Entre los desafíos más discutidos ha estado la cuestión de si se mejora la abundancia de partículas producidas o si se suprime la línea base de comparación. Se espera supresión cuando rara vez se produce un número cuántico que de otro modo estaría ausente, como la extrañeza. Esta situación fue reconocida por Hagedorn en sus primeros análisis de la producción de partículas ^[37] y resuelta por Rafelski y Danos. ^[38] En ese trabajo se demostró que incluso si se produjeran sólo unos pocos nuevos pares de partículas extrañas, el efecto desaparece. Sin embargo, el asunto fue revivido por Hamieh et al. ^[17] quienes argumentaron que es posible que pequeños subvolúmenes en QGP sean relevantes. Este argumento se puede resolver explorando firmas experimentales sensibles específicas, por ejemplo, la proporción de partículas extrañas dobles de diferente tipo, como el rendimiento de ( ) en comparación con ( ). El experimento ALICE obtuvo esta relación para varios sistemas de colisión en una amplia gama de volúmenes de hadronización como lo describe la multiplicidad total de partículas producidas. Los resultados muestran que esta relación asume el valor esperado para un amplio rango de volúmenes (dos órdenes de magnitud). En un volumen o multiplicidad de partículas pequeñas, la curva muestra la reducción esperada: ( ) debe ser más pequeña en comparación con ( ) ya que el número de pares extraños producidos disminuye y, por lo tanto, es más fácil hacer ( ) en comparación con ( ), que requiere dos pares como mínimo para hacerse. Sin embargo, también vemos un aumento en un volumen muy alto; este es un efecto al nivel de una o dos desviaciones estándar. Resultados similares ya fueron reconocidos anteriormente por Petran et al. ^[dieciséis] ${\displaystyle ssq}$ ${\displaystyle \Xi }$ ${\displaystyle {\bar {s}}s}$ ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle ssq}$ ${\displaystyle \Xi }$ ${\displaystyle {\bar {s}}s}$ ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle {\bar {s}}s}$ ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle ssq}$ ${\displaystyle \Xi }$

Otro resultado de ALICE muy elogiado ^[7] es la observación de la misma mejora de la extrañeza, no sólo en las colisiones AA (núcleo-núcleo) sino también en pA (protón-núcleo) y pp (protón-protón) cuando los rendimientos de producción de partículas se presentan como una función de la multiplicidad, que, como se señaló, corresponde al volumen de hadronización disponible. Los resultados de ALICE muestran una suave dependencia del volumen del rendimiento total de todas las partículas estudiadas en función del volumen, no hay supresión "canónica" adicional. ^[17] Esto es así porque el rendimiento de pares extraños en QGP es suficientemente alto y sigue bien el aumento de abundancia esperado a medida que aumenta el volumen y la vida útil de QGP. Este aumento es incompatible con la hipótesis de que para todos los volúmenes de reacción, QGP siempre está en equilibrio químico (de rendimiento) de extrañeza. En cambio, esto confirma el modelo cinético teórico propuesto por Rafelski y Müller . ^[9] No todos esperaban la producción de QGP en colisiones de pp, pero no debería ser una sorpresa. El inicio del desconfinamiento es, naturalmente, una función tanto de la energía como del tamaño del sistema de colisión. El hecho de que con energías extremas del LHC crucemos este límite también en experimentos con los sistemas de colisión elementales más pequeños, como el pp, confirma la fuerza inesperada de los procesos que conducen a la formación del QGP. El inicio de la desconfinación en los pp y otras colisiones de sistemas "pequeños" sigue siendo un tema de investigación activo.

Más allá de lo extraño, la gran ventaja que ofrece la gama energética del LHC es la abundante producción de encanto y sabor a fondo . ^[22] Cuando se forma QGP, estos quarks están incrustados en una alta densidad de extrañeza presente. Esto debería conducir a una producción abundante de partículas pesadas exóticas, por ejemplo
D
_s. También es probable que aparezcan otras partículas de sabor intenso, algunas de las cuales ni siquiera se han descubierto en este momento. ^{[39] [40]}

Colisiones S – S y S – W en SPS-CERN con energía de proyectil de 200 GeV por nucleón en un objetivo fijo

Ilustración de la desintegración extraña de hadrones autoanálisis: una doble desintegración extraña que produce a y una invisible que desintegra formando una firma V característica ( yp). Esta figura se creó a partir de una fotografía real tomada en el experimento NA35 del CERN. Más detalles en la página 28 en Letessier y Rafelski. ^[2] ${\displaystyle \Xi ^{-}}$ ${\displaystyle \pi ^{-}}$ ${\displaystyle \Lambda }$ ${\displaystyle \pi ^{-}}$

Comparación cuantitativa del rendimiento creado en S – S con el de la colisión p – p (cuadrados) ampliada en función de la rapidez. Colisiones a 200 A GeV. ^[41] ${\displaystyle {\bar {\Lambda }}}$

Mirando hacia atrás, al comienzo del programa de iones pesados ​​del CERN, se ven anuncios de facto de descubrimientos de plasma de quarks y gluones. Las colaboraciones experimentales CERN- NA35 ^[25] y CERN-WA85 ^[42] anunciaron la formación en reacciones de iones pesados ​​en mayo de 1990 en la Conferencia Quark Matter, Menton , Francia . Los datos indican una mejora significativa en la producción de esta partícula de antimateria que comprende un quark antiextraño, así como quarks antiup y antidown. Los tres constituyentes de la partícula se producen nuevamente en la reacción. Los resultados del WA85 estuvieron de acuerdo con las predicciones teóricas. ^[12] En el informe publicado, WA85 interpretó sus resultados como QGP. ^[43] NA35 tenía grandes errores sistemáticos en sus datos, que se mejoraron en los años siguientes. Además, se necesitaba la colaboración para evaluar los antecedentes de las pp. Estos resultados se presentan en función de la variable denominada rapidez que caracteriza la velocidad de la fuente. El pico de emisión indica que las partículas de antimateria formadas adicionalmente no se originan en los propios núcleos en colisión, sino en una fuente que se mueve a una velocidad correspondiente a la mitad de la rapidez del núcleo incidente, que es un centro común del marco de impulso de fuente de referencia formada cuando ambos núcleos chocan, es decir, la bola de fuego de plasma caliente de quarks-gluones. ${\displaystyle {\bar {\Lambda }}}$ ${\displaystyle {\bar {\Lambda }}}$

Cuerno en relación K → π y el inicio del desconfinamiento

La relación de multiplicidades medias de kaones y piones cargados positivamente en función de la energía de colisión en colisiones de dos núcleos de plomo y en interacciones protón -protón.

Una de las preguntas más interesantes es si existe un umbral en la energía de reacción y/o el tamaño del volumen que deba superarse para formar un dominio en el que los quarks puedan moverse libremente. ^[44] Es natural esperar que, si existe tal umbral, los rendimientos/proporciones de partículas que hemos mostrado anteriormente lo indiquen. ^[45] Una de las firmas más accesibles sería el índice de rendimiento relativo de Kaon . ^[46] Se ha predicho una posible estructura, ^[47] y, de hecho, se ve una estructura inesperada en la proporción de partículas que comprenden el kaón K positivo (que comprende antiquarks s y quarks up) y partículas de pión positivas, como se ve en el figura (símbolos sólidos). El CERN NA49 ha informado del aumento y la caída (símbolos cuadrados) de la relación . ^{[48] ​​[49]} La razón por la que las partículas de kaon negativas no muestran esta característica de "cuerno" es que los quarks s prefieren hadronizarse unidos a la partícula Lambda, donde se observa la estructura homóloga. Los datos de BNL–RHIC–STAR (estrellas rojas) en la figura coinciden con los datos del CERN.

En vista de estos resultados, el objetivo del experimento NA61/SHINE en curso en el CERN SPS y el experimento de baja energía propuesto en el BNL RHIC , donde en particular el detector STAR puede buscar el inicio de la producción de plasma de quarks-gluones en función de la energía en el dominio donde se ve el máximo del cuerno, para mejorar la comprensión de estos resultados y registrar el comportamiento de otros observables de plasma de quarks-gluones relacionados.

panorama

La producción de extrañeza y su potencial diagnóstico como firma del plasma de quarks-gluones se ha debatido durante casi 30 años. El trabajo teórico en este campo hoy se centra en la interpretación de los datos generales de producción de partículas y la derivación de las propiedades resultantes de la mayor parte del plasma de quarks-gluones en el momento de la ruptura. ^[33] La descripción global de todas las partículas producidas se puede intentar basándose en la imagen de la gota caliente hadronizante de plasma de quarks-gluones o, alternativamente, en la imagen de la materia hadrónica confinada y equilibrada. En ambos casos se describen los datos dentro del modelo estadístico de producción térmica, pero diferencias considerables en el detalle diferencian la naturaleza de la fuente de estas partículas. A los grupos experimentales que trabajan en el campo también les gusta desarrollar sus propios modelos de análisis de datos y el observador externo ve muchos resultados de análisis diferentes. Hay entre 10 y 15 especies de partículas diferentes que siguen el patrón predicho para el QGP en función de la energía de reacción, la centralidad de la reacción y el contenido de extrañeza. A energías aún más altas del LHC, la saturación de extrañeza produce y la unión al sabor intenso abre nuevas oportunidades experimentales.

Conferencias y reuniones

Los científicos que estudian la extrañeza como característica del plasma de quarks y gluones presentan y discuten sus resultados en reuniones especializadas. Bien establecida está la serie Conferencia Internacional sobre Extrañeza en la Materia Quark, organizada por primera vez en Tucson , Arizona , en 1995. ^{[50] [51]} La última edición, del 10 al 15 de junio de 2019, de la conferencia se celebró en Bari, Italia, y atrajo unos 300 participantes. ^{[52] [53]} Un lugar más general es la conferencia Quark Matter, que tuvo lugar la última vez del 3 al 9 de septiembre de 2023 en Houston , EE. UU ., y atrajo a unos 800 participantes. ^{[54] [55]}

Otras lecturas

• Breve historia de la búsqueda de estructuras críticas en colisiones de iones pesados, Marek Gazdzicki, Mark Gorenstein, Peter Seyboth, 2020. ^[5]
• Descubrimiento del plasma de quarks y gluones: diarios de extrañeza, Johann Rafelski, 2020. ^[33]
• Cuatro experimentos con iones pesados ​​en el CERN-SPS: un viaje al pasado, Emanuele Quercigh, 2012. ^[56]
• Sobre la historia de la producción de múltiples partículas en colisiones de alta energía, Marek Gazdzicki, 2012. ^[57]
• La extrañeza y el plasma de quarks-gluones: treinta años de descubrimiento, Berndt Müller, 2012. ^[58]

Ver también

• Plasma de quarks-gluones
• materia de quarks
• Hadronización
• extraño
• partícula extraña

Referencias

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2. J. Letessier; J. Rafelski (2002). Hadrones y plasma de quarks-gluones . Prensa de la Universidad de Cambridge . ISBN 978-0-521-38536-7.
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4. Jacak, Bárbara; Steinberg, Peter (2010). "Creando el líquido perfecto en colisiones de iones pesados". Física hoy . 63 (5): 39–43. Código bibliográfico : 2010PhT....63e..39J. doi : 10.1063/1.3431330. ISSN  0031-9228.
5. Gazdzicki, Marek; Gorenstein, Marcos; Seyboth, Peter (5 de abril de 2020). "Breve historia de la búsqueda de estructuras críticas en colisiones de iones pesados". Acta Física Polonica B. 51 (5): 1033. arXiv : 2004.02255 . Código Bib : 2020AcPPB..51.1033G. doi :10.5506/APhysPolB.51.1033. S2CID  214802159.
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