{"id":149871,"date":"2013-11-06T13:30:29","date_gmt":"2013-11-06T15:30:29","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=149871"},"modified":"2017-03-09T17:45:42","modified_gmt":"2017-03-09T20:45:42","slug":"sopa-primordial-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/sopa-primordial-2\/","title":{"rendered":"Sopa primordial"},"content":{"rendered":"

\"054-057_Plasma_213-01\"Infograf\u00edas\u2002Ana Paula Campos\u2002Ilustraciones Fabio Otubo<\/span><\/a>El descubrimiento m\u00e1s famoso del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) fue, sin duda, la detecci\u00f3n de la part\u00edcula elemental conocida como bos\u00f3n de Higgs. El descubrimiento, que se anunci\u00f3 el 4 de julio de 2012, le signific\u00f3 el Nobel de F\u00edsica de este a\u00f1o a Peter Higgs y Fran\u00e7ois Englert, dos de los f\u00edsicos te\u00f3ricos que propusieron su existencia en los a\u00f1os 1960. Pero el mentado bos\u00f3n, que explicar\u00eda el origen de la masa de todas las part\u00edculas elementales, no es lo \u00fanico interesante que ha surgido en las colisiones practicadas desde 2009 en el m\u00e1s poderoso acelerador de part\u00edculas que se haya construido, instalado en la frontera de Francia con Suiza y coordinado por la Organizaci\u00f3n Europea para la Investigaci\u00f3n Nuclear (Cern).<\/p>\n

Mientras que el bos\u00f3n de Higgs se descubri\u00f3 analizando el resultado de las colisiones de un prot\u00f3n con otro, un sector de los f\u00edsicos involucrados en los experimentos en el LHC, que incluye a investigadores de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), de la Universidad de Campinas (Unicamp) y de la Universidad Federal del ABC (UFABC), se encuentran m\u00e1s interesados en utilizar la energ\u00eda del acelerador para lograr que n\u00facleos at\u00f3micos de plomo, con 82 protones y 126 neutrones, colisionen unos con otros. La energ\u00eda producida por esas colisiones deshace los protones y los neutrones (part\u00edculas compuestas) en sus componentes elementales, part\u00edculas indivisibles denominadas quarks y gluones.<\/p>\n

Durante un brev\u00edsimo instante luego de la colisi\u00f3n, los quarks y los gluones conforman un l\u00edquido: el plasma de quarks y gluones, un estado de la materia escasamente conocido, m\u00e1s denso que la materia del n\u00facleo de los \u00e1tomos y unas 250 mil veces m\u00e1s caliente que el interior del Sol. Los f\u00edsicos brasile\u00f1os colaboraron con los an\u00e1lisis dados a conocer este a\u00f1o, que revelaron comportamientos completamente inesperados de dicho plasma, para los cuales a\u00fan no se ha hallado una explicaci\u00f3n convincente.<\/p>\n

\u201cLa energ\u00eda extrema de tales colisiones recrea las mismas condiciones de la materia nuclear de los albores del Universo\u201d, explica Jun Takahashi, f\u00edsico de la Unicamp que integra el equipo del A Large Collider Experiment (Alice), el \u00fanico de los detectores del LHC \u2012son cuatro\u2012 proyectado para estudiar las colisiones de plomo. Takahashi y otros investigadores paulistas presentaron algunos resultados recientes de los experimentos en el LHC durante un workshop<\/i> llevado a cabo durante el mes de agosto en la FAPESP.<\/p>\n

Los f\u00edsicos creen que hasta alrededor de 10 millon\u00e9simas de segundo despu\u00e9s del Big Bang, la explosi\u00f3n que habr\u00eda generado el cosmos hace 13.800 millones de a\u00f1os, el Universo estaba ocupado por un oc\u00e9ano de quarks y gluones \u2012algunos denominan a esa condici\u00f3n con el nombre de caldo o sopa primordial\u2012, que, al enfriarse, origin\u00f3 los protones y los neutrones. El hecho de que la materia del Universo actual se encuentre agrupada en estrellas y planetas, y no esparcida por el espacio como una nube uniforme de gas y polvo, se debe, al menos en parte, al resultado de las ondulaciones en ese caldo. \u201cSe estudia el comportamiento colectivo de los quarks y de los gluones para intentar comprender c\u00f3mo evolucion\u00f3 el Universo\u201d, concluye Takahashi.<\/p>\n

Otro misterio que involucra a la interacci\u00f3n entre quarks y gluones radica en el origen de la masa. El bos\u00f3n de Higgs s\u00f3lo explica la masa de las part\u00edculas elementales, tales como los electrones, los muones y los seis tipos conocidos de quarks, adem\u00e1s de sus correspondientes antipart\u00edculas (part\u00edculas id\u00e9nticas pero con cargas el\u00e9ctricas opuestas). Como los electrones son extremadamente livianos, la masa de los \u00e1tomos proviene casi por completo del n\u00facleo, formado por protones y neutrones. Esas part\u00edculas son compuestas: se forman por la uni\u00f3n de tr\u00edadas de quarks, unidos por la interacci\u00f3n nuclear fuerte, transmitida por part\u00edculas sin masa, los gluones, emitidos y absorbidos por los quarks. La suma de la masa de los quarks de un prot\u00f3n o de un neutr\u00f3n representa s\u00f3lo el 1% de su masa total. El 99% restante proviene de la energ\u00eda de la interacci\u00f3n de sus quarks y sus gluones.<\/p>\n

Comportamiento colectivo
\n<\/b>Desde los a\u00f1os 1970 los f\u00edsicos creen haber descubierto las leyes generales que describen la interacci\u00f3n nuclear fuerte, pero nadie entiende bien los detalles del desplazamiento colectivo de los quarks y los gluones. \u201cSucede igual que con el agua\u201d, compara Takahashi. \u201cSabemos que est\u00e1 compuesta por mol\u00e9culas de H2<\/sub>O, pero el conocer eso no nos aclara c\u00f3mo el agua se transforma en vapor, como resultado del comportamiento colectivo de sus mol\u00e9culas\u201d.<\/p>\n

En el Universo actual, los quarks y los gluones nunca se encuentran aislados. Tanto los quarks como sus antipart\u00edculas (antiquarks) siempre se unen en part\u00edculas compuestas que reciben el nombre de hadrones, y \u00e9stos pueden estar, as\u00ed como los protones y los neutrones, compuestos por tr\u00edos de quarks (bariones) o por pares de quarks y antiquarks (mesones). Esto sucede porque, al contrario que el resto de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, que pierden intensidad con la distancia, la interacci\u00f3n nuclear fuerte crece a medida que dos quarks se alejan uno de otro. \u201cImaginen dos esferas unidas por un el\u00e1stico\u201d, explica el f\u00edsico David Chinellato, de la Unicamp, quien tambi\u00e9n participa en el Alice. \u201cCuando una se aleja de la otra, la tensi\u00f3n en el el\u00e1stico aumenta, y cuando ellas se acercan lo suficiente, la tensi\u00f3n desaparece y las pelotas se mueven libres\u201d.<\/p>\n

El objetivo de las colisiones de n\u00facleos pesados reside en comprimir protones y neutrones hasta que sus quarks y gluones permanezcan sueltos por un instante. La energ\u00eda liberada en la colisi\u00f3n tambi\u00e9n crea nuevos pares de quarks y antiquarks, adem\u00e1s de otras part\u00edculas elementales. Acto seguido, la temperatura y la densidad en el punto de colisi\u00f3n comienzan a disminuir y los quarks se recombinan, formando miles de nuevos hadrones, cuyas trayectorias son registradas por los detectores del experimento.<\/p>\n

\"054-057_Plasma_213-02\"Infograf\u00edas\u2002Ana Paula Campos\u2002Ilustraciones Fabio Otubo<\/span><\/a>En los a\u00f1os 1980 y 1990, en el acelerador Super Proton Synchrotron del Cern, comenzaron a surgir indicios de que los quarks podr\u00edan liberarse de los hadrones y mesones. Pero el descubrimiento del plasma de quarks y gluones reci\u00e9n sucedi\u00f3 en 2005, cuando investigadores del Colisionador de Iones Pesados Relativistas (Rhic), en Estados Unidos, anunciaron que contaban con evidencias suficientes de que las colisiones de n\u00facleos de oro hab\u00edan generado un estado donde los quarks y gluones no se hallaban presos en el interior de hadrones, aunque tampoco estaban totalmente libres, como las mol\u00e9culas de un gas ideal. Para sorpresa de todos, los quarks y los gluones parec\u00edan formar una gota de l\u00edquido capaz de fluir perfectamente, casi sin viscosidad.<\/p>\n

En noviembre de 2010, el LHC interrumpi\u00f3 sus colisiones entre protones aislados y realiz\u00f3 durante un mes sus primeras colisiones de n\u00facleos de plomo, con una energ\u00eda alrededor de 14 veces mayor que la de las colisiones del Rhic, y otras colisiones de plomo se repitieron en noviembre de 2011 y a comienzos de este a\u00f1o. Algunos modelos te\u00f3ricos preve\u00edan que en ese nivel de energ\u00eda, quarks y gluones se comportar\u00edan como un gas, pero se observ\u00f3 un estado l\u00edquido similar al registrado en el Rhic. Se estima que las gotas del plasma de quarks y gluones producidas en el LHC ser\u00edan dos veces mayores que las del Rhic y que su temperatura habr\u00eda alcanzado los 7 billones de grados (250 mil veces la temperatura del n\u00facleo del Sol).<\/p>\n

Las colisiones de plomo del LHC son estudiadas por casi 1.200 cient\u00edficos de 36 pa\u00edses que trabajan en el detector Alice. La participaci\u00f3n brasile\u00f1a en el experimento est\u00e1 coordinada por el f\u00edsico Alejandro Szanto de Toledo, quien trabaj\u00f3 en el Rhic hasta 2006. Junto a sus colegas Alexandre Suaide y Marcelo Munhoz, todos de la USP, estudian hadrones constituidos por quarks del tipo charm<\/i> y bottom<\/i>, miles de veces m\u00e1s pesados que los quarks up<\/i> y down<\/i>, que forman los protones y los neutrones. \u201cLo interesante es que esos quarks necesitan mucha energ\u00eda para formarse\u201d, explica Munhoz. \u201cSurgen ni bien ocurre la colisi\u00f3n y por eso pueden reflejar todo el proceso, pues tienen tiempo de interactuar con todo lo que se forma inmediatamente\u201d.<\/p>\n

La piedra y el pedregullo
\n<\/b>Los investigadores supon\u00edan que los hadrones con quarks m\u00e1s pesados perder\u00edan menos energ\u00eda al atravesar el plasma que los de quarks m\u00e1s livianos, del mismo modo que una roca gigante sufre menos la erosi\u00f3n ocasionada por la corriente de un r\u00edo que el pedregullo. \u201cPero no fue eso lo que se observ\u00f3 en el Rhic ni en el LHC\u201d, dice Munhoz. \u201cO no entendimos bien c\u00f3mo pierden energ\u00eda los quarks, o no comprendimos las propiedades del plasma\u201d.<\/p>\n

Takahashi y Chinellato est\u00e1n abocados al an\u00e1lisis de los hadrones constituidos por quarks m\u00e1s livianos, que se producen en mayor profusi\u00f3n durante las colisiones. Chinellato coordina el trabajo de 80 investigadores que estudian hadrones que contienen el tipo de quark strange<\/i>, unas 100 veces m\u00e1s pesado que los quarks up<\/i> y down<\/i>. En un art\u00edculo divulgado en julio en el repositorio electr\u00f3nico ArXiv, los investigadores del Alice notaron que en cierto rango de momento (la magnitud que suministra una idea de la energ\u00eda de las part\u00edculas) las colisiones de plomo tienden a producir m\u00e1s bariones (tr\u00edos) conteniendo quarks strange<\/i> que mesones (d\u00faos) de quarks strange<\/i>, un efecto esperable seg\u00fan algunas teor\u00edas. Pero, inesperadamente, el Alice tambi\u00e9n detect\u00f3 un efecto similar, con menor intensidad, en colisiones de n\u00facleos de plomo contra protones, en las cuales, en principio, no deber\u00eda formarse el plasma. \u201cExisten varios mecanismos f\u00edsicos posibles para explicarlo\u201d, dice Takahashi. \u201cEstamos tratando de entender cu\u00e1l es el m\u00e1s adecuado\u201d.<\/p>\n

El equipo de otro detector del LHC, el Compact Muon Solenoid (CMS), en el cual participan 3 mil investigadores de 40 pa\u00edses, entre ellos el grupo coordinado por Sergio Novaes en la Unesp y en la UFABC, tambi\u00e9n est\u00e1 descubriendo nuevos fen\u00f3menos que involucran n\u00facleos pesados. En la Unesp, la f\u00edsica Sandra Padula desarrolla y aplica t\u00e9cnicas para combinar trayectorias de las part\u00edculas producidas en las colisiones y, as\u00ed, calcular el tama\u00f1o del sistema formado, el movimiento colectivo de las part\u00edculas y otras propiedades del medio del que provienen. Uno de los efectos detectados en colisiones entre n\u00facleos de oro en el Rhic y entre n\u00facleos de plomo en el LHC fue el surgimiento de una estructura que parece una cordillera (ridge<\/i>), que gener\u00f3 varios intentos te\u00f3ricos de explicaci\u00f3n. \u201cUna de ellas apunta que esa estructura aparece porque el plasma se asemeja a un l\u00edquido que escurre sin viscosidad\u201d, comenta Padula. \u201cY que las part\u00edculas que se generan reflejar\u00edan ese comportamiento colectivo\u201d.<\/p>\n

El problema radica en que una versi\u00f3n similar de ese efecto tambi\u00e9n se observ\u00f3 en el CMS, en colisiones entre protones y en colisiones entre protones y n\u00facleos de plomo, dos situaciones donde no se esperar\u00eda la formaci\u00f3n de plasma.<\/p>\n

Las colisiones en el LHC se encuentran suspendidas desde el mes de febrero. El acelerador fue desconectado para realizarle mejoras que aumentar\u00e1n la energ\u00eda de sus colisiones y la sensibilidad de su instrumental. Los experimentos se reanudar\u00e1n en 2015 y se espera que para 2018 la energ\u00eda duplique la actual. \u201cSe est\u00e1n desarrollando simulaciones de lo que podr\u00eda ocurrir en ese nivel de energ\u00eda\u201d, dice Padula, \u201caunque lo inesperado me resulta m\u00e1s interesante\u201d.<\/p>\n

En 2018, el LHC ser\u00e1 nuevamente desconectado para realizarle otras mejoras. El grupo de Szanto, en colaboraci\u00f3n con el equipo del ingeniero Wilhelmus Van Noije, de la Escuela Polit\u00e9cnica de la USP, participar\u00e1 en la construcci\u00f3n de componentes microelectr\u00f3nicos destinados a perfeccionar la capacidad de detecci\u00f3n del CMS.<\/p>\n

Proyectos
\n<\/b>1.<\/strong> F\u00edsica nuclear de altas energ\u00edas en el Rhic y en el LHC (n\u00ba 2012\/04583-8<\/a>); Modalidad<\/b> Proyecto Tem\u00e1tico; Coord.<\/b> Alejando Szanto de Toledo IF\/ USP; Inversi\u00f3n<\/b> R$ 2.789.509,20 (FAPESP).
\n2.<\/strong> F\u00edsica experimental hadr\u00f3nica en el Rhic y en el LHC (n\u00ba 2012\/02895-2<\/a>); Modalidad<\/b> L\u00ednea Regular de Ayuda al Proyecto de Investigaci\u00f3n; Coord.<\/b> Jun Takahashi \u2013 IF\/ Unicamp; Inversi\u00f3n<\/b> R$ 104.995,95 (FAPESP).
\n3.<\/strong> Centro Regional de An\u00e1lisis de S\u00e3o Paulo: participaci\u00f3n en los experimentos DZero y CMS (n\u00ba 2008\/02799-8<\/a>); Modalidad<\/b> Proyecto Tem\u00e1tico; Coord.<\/b> Sergio Ferraz Novaes \u2013 IFT\/ Unesp; Inversi\u00f3n<\/b> R$ 2.026.797,78 (FAPESP).
\n4.<\/strong> Proyecto de un Asic de adquisici\u00f3n y procesamiento digital de se\u00f1ales para el Time Projection Chamber del experimento Alice (n\u00ba 2013\/06885-4<\/a>); Modalidad<\/b> L\u00ednea Regular de Ayuda al Proyecto de Investigaci\u00f3n; Coord.<\/b> Wilhelmus Van Noije \u2013 Escuela Polit\u00e9cnica\/ USP; Inversi\u00f3n<\/b> R$ 858.978,38 (FAPESP)<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos
\n<\/em>ALICE Collaboration. Multiplicity Dependence of Pion, Kaon, Proton and Lambda Production in p-Pb Collisions at sqrt (sNN) = 5.02 TeV<\/a>. eprint arXiv:1307.6796<\/b>. jul. 2013.
\nCMS Collaboration. Multiplicity and transverse-momentum dependence of two-and four-particle correlations in p-Pb and Pb-Pb collisions<\/a>. Physics Letters B.<\/b> v. 724, n. 213. may. 2013.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Brasile\u00f1os analizan fen\u00f3meno generado en colisiones de part\u00edculas","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[274,304],"coauthors":[103],"class_list":["post-149871","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-astronomia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/149871","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=149871"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/149871\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=149871"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=149871"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=149871"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=149871"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}