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| Físicos han encontrado pruebas de la existencia de raras partículas X en el plasma de quark-gluón producido en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Los hallazgos podrían redefinir los tipos de partículas que abundaban en el universo primitivo. |
Se cree que, poco después del Big Bang, el universo primitivo se llenó de plasma de quark-gluones ardientes. Este se enfrió microsegundos después para formar los bloques de construcción de toda la materia que se encuentra en nuestro universo. Pero mientras se enfriaba, una fracción de estos quarks y gluones colisionó al azar para formar partículas X de corta duración.
Estas partículas X son muy raras. Los científicos creen que pueden crearse en los aceleradores de partículas mediante la coalescencia de quarks.
Los físicos del MIT han detectado partículas X en el plasma de quarks-gluones producido en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Utilizando técnicas de aprendizaje automático, los físicos analizaron más de 13.000 millones de colisiones de iones pesados.
Cada una de estas colisiones había generado decenas de miles de partículas cargadas. En esta sopa de partículas ultradensa y de alta energía, el equipo encontró 100 partículas X de un tipo conocido como X (3872), llamado así por la masa estimada de la partícula.
Es la primera vez que los científicos detectan partículas X en un plasma de quark-gluones.
El autor principal, Yen-Jie Lee, catedrático de física de la promoción de 1958 del MIT, declaró: "Esto es solo el principio de la historia. Hemos demostrado que podemos encontrar una señal. En los próximos años, queremos utilizar el plasma de quark-gluones para sondear la estructura interna de la partícula X, lo que podría cambiar nuestra visión del tipo de material que debería producir el universo."
La X(3872) fue vista por primera vez en 2003 por el experimento Belle y luego fue confirmada rápidamente por BaBar, CDF y D0. Se descubrió en un colisionador de partículas en Japón. Estas raras partículas se desintegran con demasiada rapidez, por lo que los científicos no pudieron estudiar su estructura en detalle. Sin embargo, se teorizó que X (3872) y otras partículas exóticas podrían iluminarse mejor en un plasma de quark-gluones.
Lee dijo: "En teoría, hay tantos quarks y gluones en el plasma que la producción de partículas X debería ser mayor. Pero la gente pensaba que sería demasiado difícil buscarlas porque hay muchas otras partículas producidas en esta sopa de quarks".
El algoritmo de aprendizaje automático que los científicos utilizaron en este estudio fue entrenado para elegir los patrones de desintegración característicos de las partículas X.
Tras formarse en el plasma de quarks-gluones, se descomponen rápidamente en partículas "hijas" que se dispersan. Este patrón de desintegración de las partículas X es diferente al de otras partículas.
Los científicos identificaron entonces las variables clave que describen la forma del patrón de desintegración de las partículas X. Entrenaron un algoritmo de aprendizaje automático para reconocer estas variables y luego alimentaron el algoritmo con datos de los experimentos de colisión del LHC.
El algoritmo consiguió identificar las variables clave que probablemente resultan de la desintegración de las partículas X.
Lee dijo: "Es casi impensable que podamos extraer estas 100 partículas de este enorme conjunto de datos".
Jing Wang, postdoctorado del MIT, dijo: "Cada noche me preguntaba si esto era una señal o no. Y al final, los datos decían que sí".
Los científicos tienen previsto seguir recogiendo más datos para demostrar la estructura de la partícula X.
Fuentes, créditos y referencias:
“Evidence for X(3872) in Pb-Pb Collisions and Studies of its Prompt
Production at vsNN=5.02 TeV” by A. M. Sirunyan et al. (CMS
Collaboration), 22 December 2021, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.032001
Fuente: MIT