Una partícula misteriosa que se cree que existió brevemente justo después del Big Bang ahora se ha detectado por primera vez en la ‘sopa primordial’. Específicamente, en un medio llamado plasma de quarks-gluones, generado en el Gran Colisionador de Hadrones al colisionar iones de plomo. Allí, en medio de los trillones de partículas producidas por estas colisiones, los físicos lograron extraer 100 de las exóticas motas conocidas como partículas X.
“Este es solo el comienzo de la historia”, dice el físico Yen-Jie Lee del MIT y miembro de la Colaboración CMS internacional con sede en el CERN en Suiza.
“Hemos demostrado que podemos encontrar una señal. En los próximos años queremos usar el plasma de quarks y gluones para sondear la estructura interna de la partícula X, lo que podría cambiar nuestra visión de qué tipo de material debería producir el universo”.
Meros momentos después del Big Bang, el Universo primitivo no estaba hecho de las mismas cosas que vemos flotando hoy. En cambio, durante unas pocas millonésimas de segundo, se llenó de plasma sobrecalentado a billones de grados, formado por partículas elementales llamadas quarks y gluones. Ese es el plasma de quarks y gluones.
En menos tiempo del que se tarda en parpadear, el plasma se enfrió y las partículas se unieron para formar los protones y neutrones de los que se construye la materia normal en la actualidad. Pero en ese brevísimo lapso de tiempo, las partículas en el plasma de quarks y gluones chocaron, se unieron y se separaron nuevamente en diferentes configuraciones.
Una de esas configuraciones es una partícula tan misteriosa que ni siquiera sabemos cómo se junta. Esta es la partícula X, y solo se ha visto muy raramente y brevemente en colisionadores de partículas, demasiado brevemente para ser probada.
Sin embargo, en teoría, las partículas X podrían aparecer en los muy pequeños destellos de plasma de quarks y gluones que los físicos han estado creando en los aceleradores de partículas desde hace algunos años. Y esto podría brindar una mejor oportunidad para entenderlos.
Durante la ejecución del Gran Colisionador de Hadrones de 2018, los átomos de plomo cargados positivamente chocaron entre sí a altas velocidades. Cada una de estas aproximadamente 13 mil millones de colisiones produjo una lluvia de decenas de miles de partículas. Esa es una cantidad abrumadoramente colosal de datos para examinar.
“Teóricamente hablando, hay tantos quarks y gluones en el plasma que la producción de partículas X debería mejorarse”, dice Lee. “Pero la gente pensó que sería demasiado difícil buscarlos porque hay muchas otras partículas producidas en esta sopa de quarks”.
Aunque las partículas X tienen una vida muy corta, cuando se desintegran, producen una lluvia de partículas de menor masa. Para agilizar el proceso de análisis de datos, el equipo desarrolló un algoritmo para reconocer los patrones característicos de la descomposición de partículas X. Luego introdujeron los datos del LHC de 2018 en su software.
El algoritmo identificó una señal en una masa específica que indicaba la presencia de alrededor de 100 partículas X en los datos. Este es un excelente comienzo.
“Es casi impensable que podamos extraer estas 100 partículas de este enorme conjunto de datos”, dijo Lee.
En este punto, los datos son insuficientes para aprender más sobre la estructura de la partícula X, pero el descubrimiento podría acercarnos. Ahora que sabemos cómo encontrar la firma de la partícula X, descubrirla en conjuntos de datos futuros debería ser mucho más fácil. A su vez, cuantos más datos tengamos disponibles, más fácil será darles sentido.
Los protones y los neutrones están formados cada uno por tres quarks. Los físicos creen que las partículas X pueden estar formadas por cuatro, ya sea una partícula exótica y estrechamente unida conocida como tetraquark, o un nuevo tipo de partícula débilmente unida formada por dos mesones, cada uno de los cuales contiene dos quarks. Si es lo primero, debido a que está más unido, se descompondrá más lentamente que lo segundo.
“Actualmente, nuestros datos son consistentes con ambos porque aún no tenemos suficientes estadísticas. En los próximos años tomaremos muchos más datos para poder separar estos dos escenarios”, dice Lee.
“Eso ampliará nuestra visión de los tipos de partículas que se produjeron abundantemente en el Universo primitivo”.
La investigación ha sido publicada en Physical Review Letters.
Fuente: Science Alert.
