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| Cuando colisionan núcleos de plomo (izquierda), la distribución de neutrones afecta a la forma de la materia producida por el plasma de quark-gluones (centro), dejando huellas mensurables en las distribuciones de las partículas detectadas (derecha).Crédito: CERN |
El núcleo del Plomo-208 es rico en neutrones y contiene 82 protones y 126 neutrones. Su estructura es una de sus características más intrigantes; protones y neutrones coexisten en su centro, mientras que una envoltura difusa de neutrones rodea sus bordes exteriores. Se conoce como la "piel" del neutrón.
Estudiar la piel del neutrón puede contribuir a nuestra comprensión de la cromodinámica cuántica, o el comportamiento de los quarks y gluones dentro del núcleo partículas de intercambio de la fuerza fuerte. También puede utilizarse en astrofísica para conocer mejor la estructura de las estrellas de neutrones, estrellas con un núcleo tan denso como el Sol que quedan después de que una estrella haya tenido una explosión de supernova.
El grosor de la piel del neutrón de plomo-208 ha sido medido por físicos teóricos del CERN a partir de los datos obtenidos en las pruebas de iones pesados del Gran Colisionador de Hadrones. Los científicos pudieron determinar la piel del neutrón midiendo las distribuciones de partículas y su flujo colectivo en colisiones a energía ultrarelativista en el Gran Colisionador de Hadrones. Estas medidas están mediadas por interacciones de gluones y son, por tanto, sensibles al tamaño total de los iones de plomo-208 que colisionan.
El grosor de la piel de neutrones de plomo-208 es de 0,217±0,058 femtómetros. Esto coincide con mediciones anteriores realizadas por otros grupos utilizando diversas técnicas. En total, los científicos utilizaron 670 puntos de datos de las series 1 y 2 del LHC, la mayoría procedentes del experimento ALICE y algunos de ATLAS y CMS.
Durante la carrera de iones pesados en el Gran Colisionador de Hadrones se producen colisiones de alta energía entre haces de plomo-208 disparados en direcciones opuestas. Estos núcleos se "aplastan" en una tortita plana que viaja casi a la velocidad de la luz porque están contraídos por Lorentz en factores de hasta 2500.
El plasma de cuarzo-gluón se crea cuando los gluones que mantienen los quarks dentro de los nucleones se desgarran en el momento de la colisión debido a la tremenda energía y presión de los núcleos en colisión. Se cree que el plasma de cuarzo-gluón se encuentra en el centro de las estrellas de neutrones y que fue la composición del universo poco después del Big Bang.
Este plasma se descompone en partículas en el LHC a medida que la temperatura y la presión descienden, y los detectores del LHC pueden monitorizar estas partículas para revelar las características del plasma de quark-gluón. La distribución de protones y neutrones determina el tamaño y la forma del plasma de quark-gluones en el plomo-208. Esto permite a los científicos calcular el grosor de la piel de neutrones del núcleo de plomo-208 al permitirles "ver" la estructura del núcleo.
Wilke van der Schee, del departamento de Física Teórica del CERN, uno de los autores del artículo, declaró: "Lo emocionante de esta nueva determinación es que se realiza utilizando sólo los datos existentes y, sin embargo, ofrece una incertidumbre competitiva en comparación con otras determinaciones experimentales. En el futuro, más medidas dedicadas pueden mejorar la precisión de la extracción a partir de los datos del LHC".
Giuliano Giacalone, uno de los autores del artículo, de la Universidad de Heidelberg, dijo: "El resultado conecta la investigación de físicos de áreas aparentemente distantes de una manera sin precedentes. Aúna los temas de las colisiones nucleares de alta energía, las estrellas de neutrones y la estructura nuclear".
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