El Gran Colisionador de Hadrones del CERN fue activado una vez más y ha detectado algo sorprendente: quark top, la partícula más pesada conocida del universo

Los científicos del CERN pusieron en marcha el gran colisionador de hadrones para detectar los quarks top, las partículas fundamentales más pesadas conocidas del universo, y funcionó.

En 1995, un equipo de científicos del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) descubrió la partícula fundamental más pesada conocida por la humanidad, denominada quark top. Lo intrigante de estos quarks top era que, a pesar de su gran masa, decaían casi instantáneamente, lo que dificultaba su estudio directo.

Quarks top detectados entre iones de plomo

La ATLAS collaboration, un grupo de investigadores que trabajan con el detector ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ha detectado quarks top en una colisión entre iones de plomo. Generalmente, los quarks top se estudian en colisiones protón-protón, pero ésta es la primera vez que se observan en una colisión de iones pesados.

La ATLAS collaboration señaló en un comunicado:

“Esta observación representa un importante paso adelante en la física de colisiones de iones pesados, allanando el camino para nuevas mediciones del plasma de quark-gluón (QGP) que se crea en estas colisiones y aportando nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la fuerza fuerte que une protones, neutrones y otras partículas compuestas”.

Comprender el origen de la materia

El detector ATLAS. Crédito de imagen: CERN

Se cree que poco después del Big Bang se formaron grandes cantidades de plasma de quark-gluón (QGP), que proporcionó las condiciones necesarias para la formación de protones, neutrones y otras partículas fundamentales.

Comprender a fondo el QGP puede ayudar a los científicos a entender los factores que contribuyeron al origen de toda la materia tal y como la conocemos. Sin embargo, cuando el QGP se observa mediante colisiones de iones pesados, aparece con un tiempo de vida de 10-23 segundos, lo que imposibilita su estudio.

Los investigadores escribieron:

“El quark top, en particular, es una sonda muy prometedora de la evolución de QGP a lo largo del tiempo. Al ser la partícula elemental más pesada conocida, el quark top decae en otras partículas un orden de magnitud más rápido que el tiempo necesario para formar QGP”.

Los investigadores agregaron:

“El retardo entre la colisión y la interacción de los productos de desintegración del quark top con el QGP podría servir como ‘marcador temporal’, ofreciendo una oportunidad única para estudiar la dinámica temporal del QGP”.

Hicieron colisionar iones de plomo

Representación artística de una colisión plomo-plomo a 5.02 TeV por par de nucleones que dio lugar a un par candidato de quarks top que decaen en otras partículas. El suceso contiene cuatro chorros de partículas (conos amarillos), un electrón (línea verde) y un muón (línea roja). El recuadro muestra una vista axial del suceso. Crédito de imagen: ATLAS / CERN

Para detectar por primera vez los quarks top, los investigadores pusieron en marcha el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y llevaron a cabo un experimento consistente en la colisión de iones de plomo (Pb) a 5,02 teraelectronvoltios (TeV) de energía por par de nucleones.

Observaron la formación de quarks top y su rápida desintegración en otras partículas, entre ellas un quark bottom y un bosón W. El bosón W se descompuso además en un electrón o un muón, junto con otra partícula llamada neutrino.

El equipo de ATLAS declaró:

“El resultado tiene una significación estadística de 5,0 desviaciones estándar, lo que lo convierte en la primera observación de la producción de pares de quarks top en colisiones núcleo-núcleo”.

Aún existe cierta incertidumbre

Los resultados mencionados se obtuvieron durante la segunda carrera del LHC. Durante la carrera, los autores del estudio comunicaron la tasa de producción de top-quark con una incertidumbre relativa del 35%.

Esto significa que el valor de la tasa de producción medida podría tener un error de hasta ±35%. Así, si los científicos midieron una tasa de producción de quarks top de, digamos, 100 eventos, la tasa real podría estar entre 65 y 135 eventos, basándose en la incertidumbre.

Sugieren que el tercer ciclo del LHC podría dar lugar a mediciones más precisas. Es de esperar que los resultados de los experimentos actuales y futuros sobre el quark superior revelen información valiosa sobre el QGP.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en ATLAS Web Sites.

[FT: CERN]

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