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Extrañeza y plasma de quarks y gluones

En física nuclear de alta energía , la producción de extrañeza en colisiones relativistas de iones pesados ​​es una firma y herramienta de diagnóstico de la formación y propieda...

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En física nuclear de alta energía , la producción de extrañeza en colisiones relativistas de iones pesados ​​es una firma y herramienta de diagnóstico de la formación y propiedades del plasma de quarks-gluones (QGP). [1] A diferencia de los quarks up y down , de los que está hecha la materia cotidiana, los sabores de quarks más pesados, como strange y charm, generalmente se acercan al equilibrio químico en un proceso de evolución dinámica. QGP (también conocido como materia de quarks ) es un ensamblaje localizado interactuante de quarks y gluones en equilibrio térmico (cinético) y no necesariamente químico (abundancia). La palabra plasma indica que las partículas cargadas de color (quarks y/o gluones) pueden moverse en el volumen ocupado por el plasma. La abundancia de quarks strange se forma en procesos de producción de pares en colisiones entre constituyentes del plasma, creando el equilibrio de abundancia química. El mecanismo dominante de producción involucra gluones solo presentes cuando la materia se ha convertido en un plasma de quarks-gluones. Cuando el plasma de quarks y gluones se descompone en hadrones en un proceso de ruptura, la alta disponibilidad de antiquarks extraños ayuda a producir antimateria que contiene múltiples quarks extraños, algo que de otro modo rara vez se produce. En la actualidad se hacen consideraciones similares para el sabor más pesado , que se produce al comienzo del proceso de colisión en las primeras interacciones y que solo es abundante en los entornos de alta energía del Gran Colisionador de Hadrones del CERN .

Plasma de quarks y gluones en el universo temprano y en el laboratorio

La colisión entre dos núcleos altamente energéticos crea un entorno extremadamente denso, en el que los quarks y los gluones pueden interactuar como partículas libres durante breves momentos. Las colisiones se produjeron a velocidades tan extremas que los núcleos quedaron "destrozados" debido a la contracción de Lorentz .

Los quarks libres probablemente existieron en las condiciones extremas del universo primitivo hasta unos 30 microsegundos después del Big Bang, [2] en un gas muy caliente de quarks, antiquarks y gluones libres. Este gas se llama plasma de quarks y gluones (QGP), ya que la carga de interacción de los quarks ( carga de color ) es móvil y los quarks y los gluones se mueven. Esto es posible porque a una temperatura alta el universo primitivo está en un estado de vacío diferente , en el que la materia normal no puede existir pero los quarks y los gluones sí; están desconfinados (capaces de existir independientemente como partículas separadas no ligadas). Para recrear esta fase desconfinada de la materia en el laboratorio es necesario superar una temperatura mínima, o su equivalente, una densidad de energía mínima . Los científicos logran esto mediante colisiones de partículas a velocidades extremadamente altas, donde la energía liberada en la colisión puede elevar las energías de las partículas subatómicas a un nivel extremadamente alto, suficiente para que formen brevemente una pequeña cantidad de plasma de quarks y gluones que puede estudiarse en experimentos de laboratorio durante poco más del tiempo que la luz necesita para atravesar la bola de fuego de QGP, es decir, unos 10 −22 s. Después de este breve tiempo, la gota caliente de plasma de quarks se evapora en un proceso llamado hadronización . Esto es así porque prácticamente todos los componentes de QGP fluyen a velocidad relativista. De esta manera, es posible estudiar condiciones similares a las del Universo primitivo a la edad de 10-40 microsegundos.

El descubrimiento de este nuevo estado de la materia QGP se ha anunciado tanto en el CERN [3] como en el Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL). [4] El trabajo preparatorio que permitió estos descubrimientos se llevó a cabo en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) en Bevalac . [5] Se están construyendo nuevas instalaciones experimentales, FAIR en el Centro Helmholtz de Investigación de Iones Pesados ​​(GSI) de GSI y NICA en JINR. La extrañeza como firma de QGP se exploró por primera vez en 1983. [6] Se están reuniendo pruebas experimentales exhaustivas sobre sus propiedades. El trabajo reciente de la colaboración ALICE [7] en el CERN ha abierto un nuevo camino para el estudio de QGP y la producción de extrañeza en colisiones pp de energía muy alta.

Extrañeza en el plasma de quarks y gluones

El diagnóstico y el estudio de las propiedades del plasma de quarks y gluones se puede llevar a cabo utilizando quarks que no están presentes en la materia que vemos a nuestro alrededor. El trabajo experimental y teórico se basa en la idea de la mejora de la extrañeza. Este fue el primer observable del plasma de quarks y gluones propuesto en 1980 por Johann Rafelski y Rolf Hagedorn . [8] A diferencia de los quarks up y down, los quarks extraños no son introducidos en la reacción por los núcleos en colisión. Por lo tanto, cualquier quark o antiquark extraño observado en experimentos ha sido "recién" creado a partir de la energía cinética de los núcleos en colisión, siendo los gluones el catalizador. [9] Convenientemente, la masa de los quarks y antiquarks extraños es equivalente a la temperatura o energía a la que los protones, neutrones y otros hadrones se disuelven en quarks. Esto significa que la abundancia de quarks extraños es sensible a las condiciones, estructura y dinámica de la fase de materia desconfinada, y si su número es grande se puede asumir que se alcanzaron las condiciones de desconfinamiento. Una señal aún más fuerte de mejora de la extrañeza es la producción altamente mejorada de antibariones extraños. [10] [11] Koch, Müller y Rafelski presentaron una revisión integral temprana de la extrañeza como una señal de QGP, [12] que fue actualizada recientemente. [13] La abundancia de antibariones extraños producidos, y en particular anti-omega , permitió distinguir el dominio QGP grande completamente desconfinado [14] de los modelos de quarks colectivos transitorios como el modelo de cuerda de color propuesto por Biró, Nielsen y Knoll. [15] La abundancia relativa de resuelve [16] las preguntas planteadas por el modelo canónico de mejora de la extrañeza. [17] Ohmio ¯ ( s ¯ s ¯ s ¯ ) {\displaystyle {\bar {\Omega}}({\bar {s}}{\bar {s}}{\bar {s}})} ϕ ( s s ¯ ) / O ¯ ( q ¯ s ¯ s ¯ ) {\displaystyle \phi (s{\bar {s}})/{\bar {\Xi }}({\bar {q}}{\bar {s}}{\bar {s}})}

Equilibrio de extrañeza en el plasma de quarks y gluones

No se puede suponer que en todas las condiciones la producción de quarks extraños se encuentre en equilibrio térmico. En general, la composición de quarks extraños del plasma varía durante su vida ultracorta a medida que se van formando en su interior nuevos quarks extraños, como el extraño. Los quarks arriba y abajo, de los que está hecha la materia normal, se producen fácilmente como pares quark-antiquark en la bola de fuego caliente porque tienen masas pequeñas. Por otra parte, el siguiente quark más ligero (los quarks extraños) alcanzará su alta abundancia térmica en el plasma de quarks-gluones siempre que haya tiempo suficiente y la temperatura sea lo suficientemente alta. [13] Este trabajo elaboró ​​la teoría cinética de la producción de extraños propuesta por T. Biro y J. Zimanyi, quienes demostraron que los quarks extraños no podían producirse lo suficientemente rápido solos mediante reacciones quark-antiquark. [18] Se propuso un nuevo mecanismo operativo solo en QGP.

La fusión de gluones provoca extrañeza

Diagramas de Feynman para el orden más bajo en procesos de producción de extrañeza constante de acoplamiento fuerte: fusión de gluones, top, dominan la producción basada en quarks ligeros. alfa s {\displaystyle \alpha _{s}}

La equilibración del rendimiento de la extrañeza en QGP solo es posible debido a un nuevo proceso, la fusión de gluones, como lo demostraron Rafelski y Müller . [9] La sección superior de la figura de los diagramas de Feynman muestra los nuevos procesos de fusión de gluones: los gluones son las líneas onduladas; los quarks extraños son las líneas sólidas; el tiempo transcurre de izquierda a derecha. La sección inferior es el proceso donde el par de quarks más pesados ​​surge del par de quarks más ligeros que se muestran como líneas discontinuas. El proceso de fusión de gluones ocurre casi diez veces más rápido que el proceso de extrañeza basado en quarks, y permite alcanzar el alto rendimiento térmico donde el proceso basado en quarks no lo lograría durante la duración del "micro-bang". [19]

La relación entre los pares recién producidos y los pares de quarks ligeros normalizados (la relación de Wroblewski [20] ) se considera una medida de la eficacia de la producción de extrañeza. Esta relación es más del doble en las colisiones de iones pesados, [21] lo que proporciona una confirmación independiente del modelo de un nuevo mecanismo de producción de extrañeza que opera en las colisiones que producen QGP. s ¯ s {\displaystyle {\bar {s}}s} tú ¯ tú + d ¯ d / 2 {\displaystyle {\bar {u}}u+{\bar {d}}d/2}

En cuanto al encanto y el sabor bottom : [22] [23] las colisiones de gluones aquí ocurren dentro de la fase de materia térmica y por lo tanto son diferentes de los procesos de alta energía que pueden surgir en las primeras etapas de las colisiones cuando los núcleos chocan entre sí. Los quarks charm y bottom, más pesados, se producen allí predominantemente. El estudio en colisiones nucleares relativistas (iones pesados) de producción de partículas hadrónicas charm y pronto también bottom —además de la extrañeza— proporcionará una confirmación complementaria e importante de los mecanismos de formación, evolución y hadronización del plasma de quarks y gluones en el laboratorio. [7]

Extrañeza (y encanto) de la hadronización

Ilustración del proceso de dos pasos de producción de antibariones extraños, una característica clave del QGP: la extrañeza se produce dentro de la bola de fuego y más tarde, en un proceso independiente durante la hadronización, varios quarks (anti)extraños forman (anti)bariones. La producción de triple extraño es la característica más fuerte hasta la fecha de la formación de QGP. Ohmio {\estilo de visualización \Omega} Ohmio ¯ {\displaystyle {\bar {\Omega }}}

Estos quarks extraños recién cocinados encuentran su camino hacia una multitud de partículas finales diferentes que emergen a medida que la bola de fuego de plasma de quarks y gluones calientes se rompe, vea el esquema de diferentes procesos en la figura. Dado el suministro fácil de antiquarks en la "bola de fuego", también se encuentra una multitud de partículas de antimateria que contienen más de un quark extraño. Por otro lado, en un sistema que involucra una cascada de colisiones nucleón-nucleón, la antimateria multi-extraña se produce con menos frecuencia considerando que varios eventos relativamente improbables deben ocurrir en el mismo proceso de colisión. Por esta razón, se espera que el rendimiento de partículas multi-extrañas de antimateria producidas en presencia de materia de quarks sea mayor en comparación con la serie convencional de reacciones. [24] [25] Los quarks extraños también se unen con los quarks charm y bottom más pesados, a los que también les gusta unirse entre sí. Por lo tanto, en presencia de un gran número de estos quarks, se pueden producir partículas exóticas bastante inusualmente abundantes; algunas de las cuales nunca antes se habían observado. Este debería ser el caso en la próxima exploración en el nuevo Gran Colisionador de Hadrones del CERN de las partículas que tienen quarks charm y strange, e incluso quarks bottom, como componentes. [26]

Extraña desintegración de hadrones y observación

Universalidad de los espectros de masas transversales de bariones y antibariones extraños medidos por la colaboración CERN-WA97. [27] Colisiones a 158 A GeV. Estos resultados demuestran que todas estas partículas se producen en bolas de fuego hadronizantes explosivas (de QGP) y no experimentan más interacciones una vez producidas. Este resultado clave muestra, por tanto, la formación de un nuevo estado de la materia anunciado en el CERN en febrero de 2000.

Los quarks extraños son naturalmente radiactivos y se desintegran por interacciones débiles en quarks más ligeros en una escala de tiempo que es extremadamente larga en comparación con los tiempos de colisión nuclear. Esto hace que sea relativamente fácil detectar partículas extrañas a través de las huellas dejadas por sus productos de desintegración. Consideremos como ejemplo la desintegración de un barión con carga negativa (verde en la figura, dss) en un pión negativo ( O {\estilo de visualización \Xi}
tú
d) y un barión neutro (uds) . Posteriormente, el se desintegra en un protón y otro pión negativo. En general, esta es la firma de la desintegración de un . Aunque el barión negativo (sss) tiene una topología de desintegración de estado final similar, se puede distinguir claramente del porque sus productos de desintegración son diferentes. O {\estilo de visualización \Lambda} O {\estilo de visualización \Lambda} O {\estilo de visualización \Xi} Ohmio {\estilo de visualización \Omega} O {\estilo de visualización \Xi}

La medición de la formación abundante de (uss/dss), (sss) y especialmente de sus antipartículas es una piedra angular importante de la afirmación de que se ha formado un plasma de quarks y gluones. [27] Esta formación abundante se presenta a menudo en comparación con la expectativa escalada de las colisiones normales de protón-protón; sin embargo, dicha comparación no es un paso necesario en vista de los grandes rendimientos absolutos que desafían las expectativas del modelo convencional. [12] El rendimiento general de extrañeza también es mayor de lo esperado si se ha logrado la nueva forma de materia. Sin embargo, considerando que los quarks ligeros también se producen en procesos de fusión de gluones, se espera una mayor producción de todos los hadrones. El estudio de los rendimientos relativos de partículas extrañas y no extrañas proporciona información sobre la competencia de estos procesos y, por lo tanto, el mecanismo de reacción de la producción de partículas. O {\estilo de visualización \Xi} Ohmio {\estilo de visualización \Omega}

Sistemática de la creación de materia extraña y antimateria

La mejora del rendimiento antibarión aumenta con la cantidad de quarks recién formados (s, anti-s, anti-q) y el tamaño del sistema en colisión representado por la cantidad de nucleones "dañados=heridos" en la colisión de iones pesados ​​relativistas. Los resultados de SPS, RHIC y ALICE se muestran como función de los nucleones participantes escalados; esto representa la mejora residual después de eliminar la escala con la cantidad de participantes.

El trabajo de Koch, Muller, Rafelski [12] predice que en un proceso de hadronización de plasma de quarks-gluones, el aumento de cada especie de partícula aumenta con el contenido de extrañeza de la partícula. Se midieron los aumentos de las partículas que llevan uno, dos y tres quarks extraños o antiextraños y este efecto fue demostrado por el experimento CERN WA97 [28] a tiempo para el anuncio del CERN en 2000 [29] de una posible formación de plasma de quarks-gluones en sus experimentos. [30] Estos resultados fueron elaborados por la colaboración sucesora NA57 [31] como se muestra en la figura de aumento de antibarión. El aumento gradual del aumento como una función de la variable que representa la cantidad de materia nuclear que participa en las colisiones, y por lo tanto como una función de la centralidad geométrica de la colisión nuclear, favorece fuertemente la fuente de plasma de quarks-gluones sobre las reacciones de materia normal.

Un aumento similar se obtuvo con el experimento STAR en el RHIC . [32] Aquí se obtienen los resultados cuando se consideran dos sistemas en colisión a 100 A GeV en cada haz: en rojo las colisiones oro-oro más pesadas y en azul las colisiones cobre-cobre más pequeñas. La energía en el RHIC es 11 veces mayor en el marco de referencia CM en comparación con el trabajo anterior del CERN. El resultado importante es que el aumento observado por STAR también aumenta con el número de nucleones participantes. Además, observamos que para los eventos más periféricos con el menor número de participantes, los sistemas de cobre y oro muestran, con el mismo número de participantes, el mismo aumento que se esperaba.

Otra característica destacable de estos resultados, que comparan el CERN y el STAR, es que la mejora es de magnitud similar para las energías de colisión muy diferentes disponibles en la reacción. Esta independencia energética casi total de la mejora también concuerda con el enfoque del plasma de quarks y gluones en lo que respecta al mecanismo de producción de estas partículas y confirma que un plasma de quarks y gluones se crea en un amplio rango de energías de colisión, muy probablemente una vez que se supera un umbral de energía mínimo.

ALICE: Resolución de las preguntas pendientes sobre la extrañeza como firma del plasma de quarks y gluones

Los resultados de LHC-ALICE se obtuvieron en tres sistemas de colisión diferentes con la energía más alta disponible en función de la multiplicidad de hadrones cargados producidos. [33] [34] [35] ( O ¯ + O / ϕ ) {\displaystyle ({\bar {\Xi }}+\Xi /\phi )}
Relación con el pion de los rendimientos integrados para y . Se informa de la evolución con multiplicidad a la velocidad media, , para varios sistemas y energías, incluidos pp a TeV, p-Pb a TeV, y también se incluyen los resultados preliminares de ALICE para pp a TeV, Xe–Xe a TeV y Pb–Pb a TeV para comparación. Las barras de error muestran la incertidumbre estadística, mientras que los cuadros vacíos muestran la incertidumbre sistemática total. [36] pag , K s 0 , O , ϕ , O {\displaystyle p,K_{s}^{0},\Lambda ,\phi ,\Xi } Ohmio {\estilo de visualización \Omega} d norte do yo / d η < 0,5 {\displaystyle \nombreoperador {d} \!N_{ch}/\nombreoperador {d} \!\eta _{<0.5}} s = 7 {\displaystyle {\sqrt {s}}=7} s norte norte = 5.02 {\displaystyle {\sqrt {s_{\operatorname {N} \!\operatorname {N} \!}}}=5.02} s = 13 {\displaystyle {\sqrt {s}}=13} s norte norte = 5.44 {\displaystyle {\sqrt {s_{\nombre del operador {N} \!\nombre del operador {N} \!}}}=5,44} s norte norte = 5.02 {\displaystyle {\sqrt {s_{\operatorname {N} \!\operatorname {N} \!}}}=5.02}

La altísima precisión de los espectros de partículas (extrañas) y la amplia cobertura del momento transversal reportada por la Colaboración ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) permite una exploración en profundidad de los desafíos persistentes, que siempre acompañan a la nueva física, y aquí en particular las preguntas que rodean la firma de extrañeza. Entre los desafíos más discutidos ha estado la pregunta de si se mejora la abundancia de partículas producidas o si se suprime la línea base de comparación. La supresión es esperada cuando un número cuántico ausente de otra manera, como la extrañeza, rara vez se produce. Esta situación fue reconocida por Hagedorn en su análisis temprano de la producción de partículas [37] y resuelta por Rafelski y Danos [38] . En ese trabajo se demostró que incluso si se producían solo unos pocos pares nuevos de partículas extrañas, el efecto desaparece. Sin embargo, el asunto fue revivido por Hamieh et al. [17] quienes argumentaron que es posible que pequeños subvolúmenes en QGP sean relevantes. Este argumento se puede resolver explorando firmas experimentales sensibles específicas, por ejemplo, la proporción de partículas extrañas dobles de diferente tipo, como el rendimiento de ( ) en comparación con ( ). El experimento ALICE obtuvo esta proporción para varios sistemas de colisión en un amplio rango de volúmenes de hadronización , como se describe por la multiplicidad total de partículas producidas. Los resultados muestran que esta proporción asume el valor esperado para un gran rango de volúmenes (dos órdenes de magnitud). En un pequeño volumen o multiplicidad de partículas, la curva muestra la reducción esperada: ( ) debe ser menor en comparación con ( ) a medida que disminuye el número de pares extraños producidos y, por lo tanto, es más fácil hacer ( ) en comparación con ( ) que requiere que se formen dos pares como mínimo. Sin embargo, también vemos un aumento en un volumen muy alto: este es un efecto al nivel de una a dos desviaciones estándar. Petran et al. ya reconocieron resultados similares antes [16] . s s q {\displaystyle ssq} O {\estilo de visualización \Xi} s ¯ s {\displaystyle {\bar {s}}s} ϕ {\estilo de visualización \phi} s s q {\displaystyle ssq} O {\estilo de visualización \Xi} s ¯ s {\displaystyle {\bar {s}}s} ϕ {\estilo de visualización \phi} s ¯ s {\displaystyle {\bar {s}}s} ϕ {\estilo de visualización \phi} s s q {\displaystyle ssq} O {\estilo de visualización \Xi}

Otro resultado de ALICE muy elogiado [7] es la observación de la misma mejora de la extrañeza, no solo en AA (núcleo-núcleo) sino también en colisiones pA (protón-núcleo) y pp (protón-protón) cuando los rendimientos de producción de partículas se presentan como una función de la multiplicidad, que, como se señaló, corresponde al volumen de hadronización disponible. Los resultados de ALICE muestran una dependencia suave del volumen del rendimiento total de todas las partículas estudiadas como función del volumen, no hay supresión "canónica" adicional. [17] Esto es así porque el rendimiento de pares extraños en QGP es suficientemente alto y sigue bien el aumento de abundancia esperado a medida que aumenta el volumen y la vida útil de QGP. Este aumento es incompatible con la hipótesis de que para todos los volúmenes de reacción QGP siempre está en equilibrio químico (de rendimiento) de extrañeza. En cambio, esto confirma el modelo cinético teórico propuesto por Rafelski y Müller . [9] La producción de QGP en colisiones pp no ​​era esperada por todos, pero no debería ser una sorpresa. El inicio del desconfinamiento es, naturalmente, una función tanto de la energía como del tamaño del sistema de colisión. El hecho de que a energías extremas del LHC crucemos este límite también en experimentos con los sistemas de colisión elementales más pequeños, como pp, confirma la fuerza inesperada de los procesos que conducen a la formación de QGP. El inicio del desconfinamiento en pp y otras colisiones de sistemas "pequeños" sigue siendo un tema de investigación activo.

Más allá de la extrañeza, la gran ventaja que ofrece el rango de energía del LHC es la abundante producción de encanto y sabor a fondo . [22] Cuando se forma QGP, estos quarks están incrustados en una alta densidad de extrañeza presente. Esto debería conducir a una producción copiosa de partículas pesadas exóticas, por ejemplo
D
sTambién es probable que aparezcan otras partículas de sabor fuerte, algunas de las cuales ni siquiera se han descubierto en este momento. [39] [40]

Colisiones S–S y S–W en el SPS-CERN con una energía de proyectil de 200 GeV por nucleón sobre un objetivo fijo

Ilustración de una extraña desintegración hadrónica autoanalítica: una doble desintegración extraña produce un y un invisible que se desintegra formando una característica firma V ( y p). Esta figura se creó a partir de una fotografía real tomada en el experimento NA35 del CERN. Más detalles en la página 28 de Letessier y Rafelski. [2] O − {\displaystyle \Xi ^{-}} π − {\displaystyle \pi ^{-}} Λ {\displaystyle \Lambda } π − {\displaystyle \pi ^{-}}
Comparación cuantitativa del rendimiento creado en S–S con el de una colisión de escala aumentada p–p (cuadrados) en función de la rapidez. Colisiones a 200 A GeV. [41] Λ ¯ {\displaystyle {\bar {\Lambda }}}

Mirando hacia atrás al comienzo del programa de iones pesados ​​del CERN, uno ve anuncios de facto de descubrimientos de plasma de quarks y gluones. Las colaboraciones experimentales CERN- NA35 [25] y CERN-WA85 [42] anunciaron la formación en reacciones de iones pesados ​​en mayo de 1990 en la Conferencia sobre Materia de Quark, Menton , Francia . Los datos indican una mejora significativa de la producción de esta partícula de antimateria que comprende un quark antistrange así como quarks antiup y antidown. Los tres constituyentes de la partícula se producen nuevamente en la reacción. Los resultados de WA85 concordaron con las predicciones teóricas. [12] En el informe publicado, WA85 interpretó sus resultados como QGP. [43] NA35 tenía grandes errores sistemáticos en sus datos, que se mejoraron en los años siguientes. Además, la colaboración necesitaba evaluar el fondo pp. Estos resultados se presentan como función de la variable llamada rapidez que caracteriza la velocidad de la fuente. El pico de emisión indica que las partículas de antimateria formadas adicionalmente no se originan en los núcleos en colisión, sino en una fuente que se mueve a una velocidad correspondiente a la mitad de la rapidez del núcleo incidente, que es un marco de referencia del centro de momento común que se forma cuando ambos núcleos chocan, es decir, la bola de fuego de plasma caliente de quarks y gluones. Λ ¯ {\displaystyle {\bar {\Lambda }}} Λ ¯ {\displaystyle {\bar {\Lambda }}}

Cuerno en relación K → π y el inicio del desconfinamiento

La relación de las multiplicidades medias de kaones y piones cargados positivamente en función de la energía de colisión en colisiones de dos núcleos de plomo y en interacciones protón -protón.

Una de las preguntas más interesantes es si existe un umbral en la energía de reacción y/o el tamaño del volumen que se debe superar para formar un dominio en el que los quarks se puedan mover libremente. [44] Es natural esperar que si existe dicho umbral, los rendimientos/relaciones de partículas que hemos mostrado anteriormente deberían indicarlo. [45] Una de las firmas más accesibles sería la relación de rendimiento relativo de Kaon . [46] Se ha predicho una posible estructura, [47] y de hecho, se ve una estructura inesperada en la relación de partículas que comprenden el kaón positivo K (que comprende antiquarks s y quarks up) y partículas pion positivas, que se ven en la figura (símbolos sólidos). El ascenso y la caída (símbolos cuadrados) de la relación ha sido informado por el CERN NA49 . [48] [49] La razón por la que las partículas de kaón negativo no muestran esta característica de "cuerno" es que los s-quarks prefieren hadronizar unidos en la partícula Lambda, donde se observa la estructura homóloga. Los puntos de datos de BNL–RHIC–STAR (estrellas rojas) en la figura coinciden con los datos del CERN.

En vista de estos resultados, el objetivo del experimento NA61/SHINE en curso en el CERN SPS y la ejecución de baja energía propuesta en el BNL RHIC , donde en particular el detector STAR puede buscar el inicio de la producción de plasma de quarks y gluones en función de la energía en el dominio donde se observa el máximo del cuerno, es mejorar la comprensión de estos resultados y registrar el comportamiento de otros observables de plasma de quarks y gluones relacionados.

Perspectiva

La producción de partículas extrañas y su potencial diagnóstico como una señal del plasma de quarks y gluones se ha discutido durante casi 30 años. El trabajo teórico en este campo hoy se centra en la interpretación de los datos generales de producción de partículas y la derivación de las propiedades resultantes de la mayor parte del plasma de quarks y gluones en el momento de la ruptura. [33] La descripción global de todas las partículas producidas se puede intentar basándose en la imagen de la gota caliente hadronizante del plasma de quarks y gluones o, alternativamente, en la imagen de la materia hadrónica confinada y equilibrada. En ambos casos, se describen los datos dentro del modelo estadístico de producción térmica, pero diferencias considerables en los detalles diferencian la naturaleza de la fuente de estas partículas. A los grupos experimentales que trabajan en el campo también les gusta desarrollar sus propios modelos de análisis de datos y el observador externo ve muchos resultados de análisis diferentes. Hay hasta 10-15 especies de partículas diferentes que siguen el patrón predicho para el QGP en función de la energía de reacción, la centralidad de la reacción y el contenido de partículas extrañas. A energías del LHC aún más altas, la saturación del rendimiento de partículas extrañas y la unión al sabor pesado abren nuevas oportunidades experimentales.

Conferencias y reuniones

Los científicos que estudian la extrañeza como firma del plasma de quarks y gluones presentan y discuten sus resultados en reuniones especializadas. Bien establecida es la serie International Conference on Strangeness in Quark Matter, organizada por primera vez en Tucson , Arizona , en 1995. [50] [51] La última edición, del 10 al 15 de junio de 2019, de la conferencia se celebró en Bari, Italia, y atrajo a unos 300 participantes. [52] [53] Un lugar más general es la conferencia Quark Matter, que la última vez tuvo lugar del 3 al 9 de septiembre de 2023 en Houston , EE. UU ., y atrajo a unos 800 participantes. [54] [55]

Lectura adicional

  • Breve historia de la búsqueda de estructuras críticas en colisiones de iones pesados, Marek Gazdzicki, Mark Gorenstein, Peter Seyboth, 2020. [5]
  • Descubrimiento del plasma de quarks y gluones: diarios de extrañeza, Johann Rafelski, 2020. [33]
  • Cuatro experimentos con iones pesados ​​en el CERN-SPS: un viaje al pasado, Emanuele Quercigh, 2012. [56]
  • Sobre la historia de la producción de múltiples partículas en colisiones de alta energía, Marek Gazdzicki, 2012. [57]
  • La extrañeza y el plasma de quarks y gluones: treinta años de descubrimiento, Berndt Müller, 2012. [58]

Véase también

Referencias

  1. ^ Margetis, Spyridon; Safarík, Karel; Villalobos Baillie, Orlando (2000). "Producción de extrañeza en colisiones de iones pesados". Revista anual de ciencia nuclear y de partículas . 50 (1): 299–342. Código Bibliográfico :2000ARNPS..50..299S. doi : 10.1146/annurev.nucl.50.1.299 . ISSN  0163-8998.
  2. ^ de J. Letessier; J. Rafelski (2002). Hadrones y plasma de quarks y gluones . Cambridge University Press . ISBN  978-0-521-38536-7.
  3. ^ Abbott, Alison (2000). "El CERN afirma haber creado por primera vez de forma experimental un plasma de quarks y gluones". Nature . 403 (6770): 581. Bibcode :2000Natur.403..581A. doi : 10.1038/35001196 . ISSN  0028-0836. PMID  10688162.
  4. ^ Jacak, Barbara; Steinberg, Peter (2010). "Creación del líquido perfecto en colisiones de iones pesados". Physics Today . 63 (5): 39–43. Bibcode :2010PhT....63e..39J. doi :10.1063/1.3431330. ISSN  0031-9228.
  5. ^ ab Gazdzicki, Marek; Gorenstein, Mark; Seyboth, Peter (5 de abril de 2020). "Breve historia de la búsqueda de estructuras críticas en colisiones de iones pesados". Acta Physica Polonica B . 51 (5): 1033. arXiv : 2004.02255 . Código Bibliográfico :2020AcPPB..51.1033G. doi :10.5506/APhysPolB.51.1033. S2CID  214802159.
  6. ^ Anikina, M.; Gaździcki, M.; Golokhvastov, A.; Goncharova, L.; Iovchev, K.; Khorozov, S.; Kuznetzova, E.; Lukstins, J.; Okonov, E.; Ostaníevich, T.; Sidorín, S. (1983). "Λ hiperones producidos en interacciones núcleo-núcleo central a un impulso de 4,5 GeV / c por nucleón incidente". Cartas de revisión física . 50 (25): 1971–1974. Código bibliográfico : 1983PhRvL..50.1971A. doi :10.1103/PhysRevLett.50.1971. ISSN  0031-9007.
  7. ^ abc Colaboración ALICE (2017). "Producción mejorada de hadrones multiextraños en colisiones protón-protón de alta multiplicidad". Nature Physics . 13 (6): 535–539. arXiv : 1606.07424 . Código Bibliográfico :2017NatPh..13..535A. doi : 10.1038/nphys4111 . ISSN  1745-2473.
  8. ^ J. Rafelski; R. Hagedorn (1981). "Del gas hadrónico a la materia de quarks II" (PDF) . En H. Satz (ed.). Mecánica estadística de quarks y hadrones . North-Holland y Elsevier . págs. 253–272. ISBN.  0-444-86227-7. CERN-TH-2969 (1980).
  9. ^ abc Rafelski, Johann; Müller, Berndt (1982). "Producción de rareza en el plasma de quarks y gluones". Physical Review Letters . 48 (16): 1066–1069. Código Bibliográfico :1982PhRvL..48.1066R. doi :10.1103/PhysRevLett.48.1066. ISSN  0031-9007. (Fe de erratas:  doi :10.1103/PhysRevLett.56.2334)
  10. ^ Rafelski, Johann (2015) [1980]. "Estados extremos de la materia nuclear – 1980: De: "Taller sobre futuros experimentos relativistas de iones pesados" celebrado del 7 al 10 de octubre de 1980 en: GSI, Darmstadt, Alemania". The European Physical Journal A . 51 (9): 115. Bibcode :2015EPJA...51..115R. doi : 10.1140/epja/i2015-15115-y . ISSN  1434-6001.
  11. ^ Rafelski, Johann (2015) [1983]. "Extrañeza y cambios de fase en materia hadrónica caliente - 1983: De: "Sixth High Energy Heavy Ion Study" celebrado del 28 de junio al 1 de julio de 1983 en: LBNL, Berkeley, CA, EE. UU." The European Physical Journal A . 51 (9): 116. Bibcode :2015EPJA...51..116R. doi : 10.1140/epja/i2015-15116-x . ISSN  1434-6001.
  12. ^ abcd P. Koch; B. Müller; J. Rafelski (1986). "Extrañeza en colisiones relativistas de iones pesados". Physics Reports . 142 (4): 167. Bibcode :1986PhR...142..167K. CiteSeerX 10.1.1.462.8703 . doi :10.1016/0370-1573(86)90096-7.  
  13. ^ ab Koch, Peter; Müller, Berndt; Rafelski, Johann (2017). "Del aumento de la extrañeza al descubrimiento del plasma de quarks y gluones". Revista Internacional de Física Moderna A . 32 (31): 1730024–272. arXiv : 1708.08115 . Código Bibliográfico :2017IJMPA..3230024K. doi :10.1142/S0217751X17300241. ISSN  0217-751X. S2CID  119421190.
  14. ^ Soff, S.; Bajo, SA; Bleicher, M.; Bravina, L.; Gorenstein, M.; Zabrodin, E.; Stöcker, H.; Greiner, W. (1999). "Mejora de la extrañeza en colisiones de iones pesados: ¿evidencia de materia quark-gluón?". Letras de Física B. 471 (1): 89–96. arXiv : nucl-th/9907026 . Código bibliográfico : 1999PhLB..471...89S. doi :10.1016/S0370-2693(99)01318-0. S2CID  16805966.
  15. ^ Biro, TS; Nielsen, HB; Knoll, J. (1984). "Modelo de cuerda de color para colisiones de iones pesados ​​relativistas extremas". Física nuclear B . 245 : 449–468. Código Bibliográfico :1984NuPhB.245..449B. doi :10.1016/0550-3213(84)90441-3.
  16. ^ ab Petráň, Michal; Rafelski, Johann (2010). "Producción de partículas multiextrañas y el modelo estadístico de hadronización". Physical Review C . 82 (1): 011901. arXiv : 0912.1689 . Bibcode :2010PhRvC..82a1901P. doi :10.1103/PhysRevC.82.011901. ISSN  0556-2813. S2CID  119179477.
  17. ^ abc Hamieh, Salah; Redlich, Krzysztof; Tounsi, Ahmed (2000). "Descripción canónica de la mejora de la extrañeza de las colisiones p–A a Pb–Pb". Physics Letters B . 486 (1–2): 61–66. arXiv : hep-ph/0006024 . Código Bibliográfico :2000PhLB..486...61H. doi :10.1016/S0370-2693(00)00762-0. S2CID  8566125.
  18. ^ Biró, TS; Zimányi, J. (1982). "Quarkochemistry in relativistic heavy-ion clashes" (PDF) . Physics Letters B . 113 (1): 6–10. Bibcode :1982PhLB..113....6B. doi :10.1016/0370-2693(82)90097-1.
  19. ^ Rafelski, Johann (1984). "Producción de rarezas en el plasma de quarks y gluones". Física nuclear A . 418 : 215–235. Código Bibliográfico :1984NuPhA.418..215R. doi :10.1016/0375-9474(84)90551-7.
  20. ^ Wroblewski, A. (1985). "Sobre el factor de supresión de quarks extraños en colisiones de alta energía". Acta Phys. Polon. B. 16 : 379–392.
  21. ^ Becattini, Francesco; Fries, Rainer J. (2010), Stock, R. (ed.), "La transición de confinamiento QCD: formación de hadrones", Relativistic Heavy Ion Physics , vol. 23, Springer Berlin Heidelberg, págs. 208–239, arXiv : 0907.1031 , Bibcode :2010LanB...23..208B, doi :10.1007/978-3-642-01539-7_8, ISBN 978-3-642-01538-0, S2CID  14306761 , consultado el 20 de abril de 2020 , Fig. 10
  22. ^ ab Dong, Xin; Lee, Yen-Jie; Rapp, Ralf (2019). "Producción abierta de sabor pesado en colisiones de iones pesados". Revisión anual de ciencia nuclear y de partículas . 69 (1): 417–445. arXiv : 1903.07709 . Código Bibliográfico :2019ARNPS..69..417D. doi :10.1146/annurev-nucl-101918-023806. ISSN  0163-8998. S2CID  119328093.
  23. ^ Kluberg, Louis; Satz, Helmut (2010), Stock, R. (ed.), "Desconfinamiento de color y producción de charmonium en colisiones nucleares", Relativistic Heavy Ion Physics , vol. 23, Springer Berlin Heidelberg, págs. 373–423, arXiv : 0901.3831 , Bibcode :2010LanB...23..373K, doi :10.1007/978-3-642-01539-7_13, ISBN 978-3-642-01538-0, S2CID  13953895 , consultado el 20 de abril de 2020
  24. ^ Petran, Michal (2013). Extrañeza y encanto en la hadronización de quarks y gluones (PhD). Universidad de Arizona. arXiv : 1311.6154 .
  25. ^ ab R. Stock; NA35 Collaboration (1991). "Mejora de la extrañeza en colisiones centrales S + S a 200 GeV/nucleón". Física nuclear A . 525 : 221–226. Código Bibliográfico :1991NuPhA.525..221S. doi :10.1016/0375-9474(91)90328-4. {{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  26. ^ Kuznetsova, I.; Rafelski, J. (2007). "Hadrones de sabor fuerte en la hadronización estadística de QGP rico en extrañeza". The European Physical Journal C . 51 (1): 113–133. arXiv : hep-ph/0607203 . Código Bibliográfico :2007EPJC...51..113K. doi :10.1140/epjc/s10052-007-0268-9. ISSN  1434-6044. S2CID  18266326.
  27. ^ ab The WA97 Collaboration (2000). "Espectros de masas transversales de partículas extrañas y multiextrañas en colisiones Pb-Pb a 158 A GeV/c". The European Physical Journal C . 14 (4): 633–641. Bibcode :2000EPJC...14..633W. doi :10.1007/s100520000386. ISSN  1434-6044. S2CID  195312472.{{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  28. ^ E. Andersen; Colaboración WA97 (1999). "Mejora de la extrañeza a media velocidad en colisiones Pb–Pb a 158 A GeV/c". Physics Letters B . 449 (3–4): 401. Bibcode :1999PhLB..449..401W. doi :10.1016/S0370-2693(99)00140-9. {{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  29. ^ "Nuevo estado de la materia creado en el CERN". CERN . 10 de febrero de 2000 . Consultado el 24 de abril de 2020 .
  30. ^ Heinz, Ulrich; Jacob, Maurice (16 de febrero de 2000). "Evidencia de un nuevo estado de la materia: una evaluación de los resultados del programa Lead Beam del CERN". arXiv : nucl-th/0002042 .
  31. ^ F. Antinori; NA57 Collaboration (2006). "Mejora de la producción de hiperones a rapidez central en colisiones de 158 A GeV/ c Pb+Pb". Journal of Physics G . 32 (4): 427–442. arXiv : nucl-ex/0601021 . Bibcode :2006JPhG...32..427N. doi :10.1088/0954-3899/32/4/003. S2CID  119102482. {{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  32. ^ AR Timmins; Colaboración STAR (2009). "Descripción general de la producción de extrañeza en el experimento STAR". Journal of Physics G . 36 (6): 064006. arXiv : 0812.4080 . Código Bibliográfico :2009JPhG...36f4006T. doi :10.1088/0954-3899/36/6/064006. S2CID  12853074.
  33. ^ abc Rafelski, Johann (2020). "Descubrimiento del plasma de quarks y gluones: diarios de rarezas". The European Physical Journal Special Topics . 229 (1): 1–140. arXiv : 1911.00831 . Código Bibliográfico :2020EPJST.229....1R. doi :10.1140/epjst/e2019-900263-x. ISSN  1951-6355. S2CID  207869782.
  34. ^ Tripathy, Sushanta (2019). "Dependencia energética de la producción de ϕ(1020) a velocidad media en colisiones pp con ALICE en el LHC". Física nuclear A . 982 : 180–182. arXiv : 1807.11186 . Código Bibliográfico :2019NuPhA.982..180T. doi :10.1016/j.nuclphysa.2018.09.078. S2CID  119223653.
  35. ^ Tripathy, Sushanta (1 de julio de 2019). "Una mirada a la extrañeza con la producción de $\phi$(1020) en sistemas de colisión pequeños a grandes con ALICE en el LHC". arXiv : 1907.00842 [hep-ex].
  36. ^ Albuquerque, DSD (2019). "Resonancias hadrónicas, producción de partículas extrañas y multiextrañas en colisiones Xe–Xe y Pb–Pb con ALICE en el LHC". Física nuclear A . 982 : 823–826. arXiv : 1807.08727 . Código Bibliográfico :2019NuPhA.982..823A. doi :10.1016/j.nuclphysa.2018.08.033. S2CID  119404602.
  37. ^ Hagedorn, Rolf (1968). "Termodinámica estadística de interacciones fuertes a altas energías – III: tasas de producción de pares pesados ​​(quarks)". Suplemento al Nuevo Cimento . 6 : 311–354.
  38. ^ Rafelski, Johann; Danos, Michael (1980). "La importancia del volumen de reacción en las colisiones hadrónicas". Physics Letters B . 97 (2): 279–282. Bibcode :1980PhLB...97..279R. doi :10.1016/0370-2693(80)90601-2.
  39. ^ I. Kuznetsova; J. Rafelski (2007). "Hadrones de sabor pesado en la hadronización estadística de QGP rico en extrañeza". European Physical Journal C . 51 (1): 113–133. arXiv : hep-ph/0607203 . Código Bibliográfico :2007EPJC...51..113K. doi :10.1140/epjc/s10052-007-0268-9. S2CID  18266326.
  40. ^ N. Armesto; et al. (2008). "Colisiones de iones pesados ​​en el LHC: última llamada para las predicciones". Journal of Physics G . 35 (5): 054001. arXiv : 0711.0974 . doi :10.1088/0954-3899/35/5/054001. S2CID  118529585.
  41. ^ Foka, P. (1994). Estudio de la producción de extrañeza en colisiones de núcleo central-núcleo a 200 GeV/nucleón mediante el desarrollo de un nuevo método de análisis para las imágenes de la cámara de corriente NA35 . Número de tesis 2723. Ginebra: Universidad de Ginebra. La figura es una reelaboración de la figura original que aparece en la parte superior de la página 271.
  42. ^ Abatzis, S.; Barnes, RP; Benayoun, M.; Beusch, W.; Bloodworth, IJ; Bravar, A.; Carney, JN; Dufey, JP; Evans, D.; Fini, R.; French, BR (1991). "Producción de Λ y anti-Λ en interacciones de 32 S+W y p+W a 200 A GeV/c". Física nuclear A . 525 : 445–448. Código Bibliográfico :1991NuPhA.525..445A. doi :10.1016/0375-9474(91)90361-9.
  43. ^ Abatzis, S.; Antinori, F.; Barnes, RP; Benayoun, M.; Beusch, W.; Bloodworth, IJ; Bravar, A.; Carney, JN; de la Cruz, B.; Di Bari, D.; Dufey, JP (1991). "Producción de Ξ−, Ξ+, Λ y Λ en interacciones azufre-tungsteno a 200 GeV/c por nucleón". Physics Letters B . 270 (1): 123–127. doi :10.1016/0370-2693(91)91548-A.
  44. ^ Gazdzicki, Marek; Gorenstein, Mark; Seyboth, Peter (2020). "Breve historia de la búsqueda de estructuras críticas en colisiones de iones pesados". Acta Physica Polonica B . 51 (5): 1033. arXiv : 2004.02255 . Código Bibliográfico :2020AcPPB..51.1033G. doi :10.5506/APhysPolB.51.1033. S2CID  214802159.
  45. ^ Becattini, F. (2012). "Extrañeza y comienzo del desconfinamiento". Física de núcleos atómicos . 75 (5): 646–649. Bibcode :2012PAN....75..646B. doi :10.1134/S106377881205002X. ISSN  1063-7788. S2CID  120504052.
  46. ^ NK Glendenning; J. Rafelski (1985). "Kaones y plasma de quarks y gluones". Physical Review C . 31 (3): 823–827. Bibcode :1985PhRvC..31..823G. doi :10.1103/PhysRevC.31.823. PMID  9952591. S2CID  26838236.
  47. ^ M. Gazdzicki; MI Gorenstein (1999). "Sobre la etapa temprana de las colisiones núcleo-núcleo". Acta Physica Polonica B . 30 (9): 2705. arXiv : hep-ph/9803462 . Código Bibliográfico :1999AcPPB..30.2705G.
  48. ^ M. Gazdzicki; Colaboración NA49 (2004). "Informe de NA49". Revista de Física G . 30 (8): S701–S708. arXiv : nucl-ex/0403023 . Código Bibliográfico :2004JPhG...30S.701G. doi :10.1088/0954-3899/30/8/008. S2CID  119197566. {{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  49. ^ C. Alt; NA49 Collaboration (2008). "Producción de piones y kaones en colisiones centrales Pb+Pb a 20A y 30A GeV: evidencia del inicio del desconfinamiento". Physical Review C . 77 (2): 024903. arXiv : 0710.0118 . Bibcode :2008PhRvC..77b4903A. doi :10.1103/PhysRevC.77.024903. S2CID  118390736. {{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  50. ^ Extrañeza en la materia hadrónica: S'95, Tucson, AZ, enero de 1995. Rafelski, Johann. Nueva York: AIP Press. 1995. ISBN 1-56396-489-9.OCLC 32993061  .{{cite book}}: CS1 maint: others (link)
  51. ^ "Historia: rarezas en la materia de quarks 2019" . Consultado el 1 de mayo de 2020 .
  52. ^ "Extrañeza en la materia de quarks 2019" . Consultado el 5 de mayo de 2020 .
  53. ^ "Los misterios de la materia de quarks en fuga en Bari". CERN Courier . 2019-09-11 . Consultado el 2020-05-05 .
  54. ^ "Quark Matter 2023 - la XXX Conferencia Internacional sobre Colisiones Núcleo-Núcleo Ultrarrelativistas". Indico . nd . Consultado el 14 de diciembre de 2023 .
  55. ^ "Por qué cientos de Sheldon Coopers llegarán a Houston la semana que viene". Houston Public Media . 2023-09-01 . Consultado el 2023-12-14 .
  56. ^ Quercigh, E. (2012). "Cuatro experimentos con iones pesados ​​en el CERN-SPS: un viaje por el camino de los recuerdos". Acta Physica Polonica B . 43 (4): 771. doi : 10.5506/APhysPolB.43.771 . S2CID  126317771.
  57. ^ Gazdzicki, M. (2012). "Sobre la historia de la producción de múltiples partículas en colisiones de alta energía". Acta Physica Polonica B . 43 (4): 791. arXiv : 1201.0485 . Bibcode :2012arXiv1201.0485G. doi :10.5506/APhysPolB.43.791. ISSN  0587-4254. S2CID  118418649.
  58. ^ Müller, B. (2012). "Extrañeza y plasma de quarks y gluones: treinta años de descubrimiento". Acta Physica Polonica B . 43 (4): 761. arXiv : 1112.5382 . doi :10.5506/APhysPolB.43.761. S2CID  119280137.

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