Experimento NA49

El experimento NA49 ("Experimento 49 del Área Norte") fue un experimento de física de partículas que investigó las propiedades del plasma de quarks y gluones . El sinónimo del experimento era Iones/TPC-Hadrones. Tuvo lugar en el Área Norte del Super Sincrotrón de Protones (SPS) del CERN desde 1991 hasta 2002. ^{[ 1 ]}

El experimento empleó un detector de hadrones de gran aceptación (una cámara de proyección temporal ) para investigar las reacciones inducidas por la colisión de diversos iones pesados ​​(como los de plomo ) sobre blancos compuestos de diferentes elementos. El objetivo de NA49 era estudiar la producción de hadrones cargados y partículas extrañas neutras para buscar la predicción de la transición de desconfinamiento según la cromodinámica cuántica en la red (QCD reticular).

El experimento NA49 fue la continuación del experimento NA35 y fue aprobado el 18 de septiembre de 1991. El experimento comenzó a recopilar datos en noviembre de 1994 y finalizó el 19 de octubre de 2002. Fue sucedido por el experimento NA61 (SHINE). Los portavoces del experimento son Peter Seyboth y Reinhard Stock .

Según el Modelo Estándar (ME), los quarks solo pueden existir en combinaciones de dos y tres como hadrones, y un solo quark no puede estar solo en el vacío. Los quarks experimentan la interacción fuerte , mediada por el intercambio de gluones , mientras que los hadrones experimentan la fuerza nuclear , descrita por el complejo fenómeno de la interacción hadrónica. La materia de quarks es el nombre que se le da al estado en el que los quarks se desconfinan de un volumen hadrónico. La búsqueda de materia de quarks pone a prueba el ME, en particular la interacción fuerte, que es predicha por la teoría de gauge en la red . Tras el Big Bang, se supone que el Universo consistió en materia de quarks, y la investigación de este estado podría proporcionar datos para estudios astrofísicos . ^{[ 2 ]}

La teoría de partículas predice que calentar la materia nuclear normal por encima de un valor crítico (de forma similar a la densidad) dará como resultado materia de quarks y gluones desconfinada. Para producir este estado, se utilizan experimentos de blanco fijo. Una lámina metálica delgada es bombardeada con un haz de núcleos pesados ​​acelerados cerca de la velocidad de la luz. Inmediatamente después de la colisión, se puede crear un estado caliente y denso de materia de quarks y gluones, que impulsará una expansión explosiva. En este punto, la densidad y la temperatura disminuyen y se emiten hadrones de la materia, que pueden ser detectados por detectores. ^{[ 3 ]}

Se utilizaron cuatro cámaras de proyección de tiempo (TPC) de gran volumen para el experimento NA49, para el seguimiento y la identificación de partículas. Las dos primeras TPC estaban dentro de imanes dipolares con bobinas superconductoras, utilizadas para determinar el momento de las partículas a partir de la curvatura de las trayectorias de partículas cargadas. Las otras dos TPC se colocaron detrás de los imanes para deducir la pérdida de energía de ionización (dE/dx) y la velocidad de las partículas. ^{[ 4 ]} El experimento también utilizó un calorímetro grande adaptado de experimentos anteriores del SPS, que fue capaz de medir la energía transversal de los hadrones emitidos por la colisión. ^{[ 5 ]} Las mediciones de tiempo de vuelo (ToF) se realizaron mediante dos paredes de contadores de centelleo, con una resolución temporal de 60 ps. Se utilizó electrónica frontal para leer las TPC. ^{[ 6 ]}

El haz utilizado procedía del SPS y consistía en el isótopo ²⁰⁸ Pb , una especie nuclear pesada y densa, con una energía de 33 TeV. ^{[ 7 ]} El blanco utilizado en el experimento eran láminas delgadas de plomo, lo que provocó una colisión nuclear Pb+Pb cuando el haz se dirigió hacia ellas. ^{[ 8 ]}

Se determinó que la densidad de energía creada en las colisiones del experimento NA49 era mayor que el valor crítico y, por lo tanto, lo suficientemente alta como para investigar la materia de quarks y gluones. Se determinó que era de 3 GeV por femtómetro cúbico, lo que mostró concordancia con la QCD en la red. ^{[ 7 ] [ 9 ] [ 10 ]} Además, el experimento también pudo determinar una temperatura de "congelación" de 120 MeV, la temperatura a la que cesan las colisiones entre los hadrones producidos. ^{[ 11 ]}

Se utilizaron más resultados para determinar la transición de fase partón-hadrón, que concuerda con la predicción de la QCD en la red. ^{[ 12 ]} Los resultados indican que la naturaleza de la transformación de fase ocurre sin un gran salto de calor latente, lo cual es objeto de discusiones teóricas. ^{[ 13 ]}

• Experimento NA35
• Experimento NA61
• Lista de experimentos SPS

• Sitio web del experimento NA49
• Sitio web del experimento NA49 para el público en general
• Servidor de documentos del experimento NA49 en el CERN (incluye documentos del comité y publicaciones de la colaboración NA49).
• Registro del experimento CERN-NA-49 en INSPIRE-HEP