viernes, 1 de octubre de 2010

El Gran Colisionador de Hadrones detecta un sutil efecto

Imagen de una colisión de 7 TeV protón-protón en el caso CMS producir más de 100 partículas cargadas. Créditos: CERN/CMS.
Después de casi 6 meses de experimentos, el Gran Colisionador de Hadrones se ha encontrado con indicios de algo completamente nuevo. Los pares de partículas cargadas que se producen cuando dos haces de protones chocan parecen estar asociados entre sí, incluso después de que choquen.

"Es un pequeño efecto, pero es muy interesante en sí mismo", expresa el físico Guido Tonelli , portavoz de los experimentos en el CMS. Tonelli y sus colegas anunciaron los resultados en un seminario del CERN en septiembre y en un documento presentado a la Revista Journal of High Energy Physics.

El LHC fue puesto en marcha de nuevo en marzo, tras más de un año de intentos fallidos. Desde entonces haces de protones han colisionado en el anillo de 17 kilómetros de longitud a energías de 7 teraelectronvoltios (TeV) - tres veces la energía que se había logrado antes.

Cuando colisionan dos protones, que producen una ráfaga más pequeña, de partículas cargadas de corta vida que vuelan lejos unas de otros en ciertos ángulos y velocidades. El experimento CMS (Compact Muon Solenoid) en el LHC detecta la ruta de cada una de estas partículas tiene. Los físicos pueden entonces utilizar las pistas para reconstruir lo que sucedió en el centro de la colisión, como volver a unir los fragmentos de vidrio de una ventana rota.

En el nuevo experimento , el equipo de CMS tomó datos sobre las partículas cargadas producidas en cientos de miles de colisiones. El equipo observó los ángulos de las trayectorias de las partículas que tomaban con respecto a las otras, y mediante algo llamado "función de correlación" determina cómo las partículas se encuentran íntimamente vinculadas después de la separación. La trama de los datos termina pareciéndose a un mapa topográfico de una montaña rodeada de tierras bajas y una larga cresta detrás de él.

Las funciones de correlación para "mínimo sesgo" colisiones (a la izquierda) y las colisiones que produjeron al menos 110 partículas cargadas (derecha), el canto nuevo se indica con una flecha. Crédito: CERN/CMS.

En el caso más básico (imagen de la izquierda), los datos eran exactamente como los físicos esperaban que sucediera. Pero hay casos en que por lo menos 110 partículas cargadas en las cuales el equipo observaba una estructura parecida a un canto -que se extiende desde el pico de la montaña (imagen de la derecha).

La cresta significa esencialmente que las partículas en algunos pares están moviendose más lejos cerca de la velocidad de la luz a lo largo de un eje, pero que se orientan a lo largo del mismo ángulo en el otro eje.

Es como si dos partículas interactuaran de alguna manera la una del otro desde que se produjeron. Este fenómeno nunca se ha visto antes en colisiones protón-protón, aunque se asemeja a algo que se ve en el RHIC (Colisionador de Iones Pesados) en el Brookhaven National Laboratory de Nueva York. Este efecto fue interpretado como la creación de materia caliente densa poco después de las colisiones.

El equipo de CMS reunió datos a mediados de julio y pasó el resto del verano tratando de encontrar un un error o manipulación de los datos.

"Estamos aquí hoy porque no logró acabar con él", comenta Tonelli. Por lo que el equipo puede decir, que el efecto es real.

Pero de dónde viene, nadie lo sabe. Hay una gran cantidad de explicaciones posibles, y el equipo no está listo para elegir una por el momento.

"Este es un efecto sutil y se requiere cuidadoso trabajo para establecer su origen físico", dijo el físico del MIT Gunther Roland en el seminario en el CERN.

Referencia:

Lisa Grossman, "LHC Detects Evidence of New Physics", Wired.

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