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| Representación artística de la interacción entre un protón (con dos quarks up y un quark down) y un mesón ɸ (con quarks de rango extraño) cuando emergen con una interdistancia del orden de un femtómetro de una colisión protón-protón en el LHC. Crédito: Colaboración ALICE |
Un estudio reciente informa de la interacción entre partículas de dos y tres quarks. Sus mediciones, por primera vez, revelaron una interacción entre el mesón ɸ (phi) (quarks extraños-antiestrés) y un protón (dos quarks up y uno down).
La interacción entre ɸ (phi) y el protón solo puede atribuirse a la interacción fuerte residual. La interacción fuerte residual es la fuerza que actúa entre los hadrones. Dicha interacción fuerte mantiene unidos a los quarks dentro de los hadrones.
A diferencia de la interacción fuerte residual, la interacción entre hadrones inestables producida en colisiones de partículas es difícil de estudiar. Sin embargo, el método llamado femtoscopia permitió a la colaboración ALICE explorar dicha interacción en el LHC.
En el LHC, los hadrones se producen muy cerca unos de otros, a distancias de unos 10-15 m. Esta escala coincide con el rango de la fuerza fuerte residual, lo que les da una breve oportunidad de interactuar antes de salir volando. Esto hace que los pares de hadrones experimenten una interacción atractiva y se acerquen ligeramente entre sí. Lo contrario ocurre durante una interacción repulsiva.
Ambos efectos son observables al utilizar un análisis detallado de las velocidades relativas medidas de las partículas.
La interacción protón-mesón es el punto crucial para buscar la restauración parcial de la simetría quiral. La simetría izquierda-derecha (quiral) determina la interacción fuerte. Cuando esta simetría se rompe, el efecto se traduce en una masa mucho mayor de los hadrones, como el protón y el neutrón, respecto a las masas de los quarks que los constituyen.
El estudio de las modificaciones de las propiedades de los mesones ɸ dentro de la materia nuclear densa que se forma en las colisiones del LHC es la posible vía para buscar la restauración de la simetría quiral. Esto también arrojaría luz sobre el mecanismo que genera la masa.
La comprensión de la simple interacción p-ɸ de dos cuerpos en el vacío es vital para este propósito.
Otro hecho-mesón se considera una clave para la interacción entre bariones, que contiene hiperones. Esto se debe al contenido de quarks de rango extraño de los mesones.
Los hiperones pueden formar el núcleo de las estrellas de neutrones, según la potencia de la interacción entre ellos. Sin embargo, la medición directa de la fuerza de la interacción Y-ɸ aún no se ha llevado a cabo. Aun así, ya hoy en día, esta cantidad puede relacionarse con los hallazgos de p-ɸ a través de simetrías fundamentales. Por lo tanto, la medición de la interacción p-ɸ proporciona un acceso indirecto a la interacción Y-Y en las estrellas de neutrones.
Las mediciones de la fuerza de la interacción moderada realizadas por ALICE sirven de referencia para posteriores estudios de las propiedades ɸ dentro del medio nuclear.
Los científicos señalaron: "Durante las próximas carreras 3 y 4 del LHC se realizarán mediciones más precisas que permitirán mejorar significativamente la precisión de los parámetros extraídos y también precisar la interacción Y-ɸ directamente."
Fuentes, créditos y referencias:
S. Acharya et al, Experimental Evidence for an Attractive p−ϕ Interaction, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.172301