Primera detección de partículas X en plasma de quarks-gluones

En las primeras millonésimas de segundo tras el Big Bang (la "explosión" colosal con la que nació el universo), todo el cosmos era un plasma de quarks y gluones a una temperatura del orden del billón de grados. Esas partículas elementales (los quarks y los gluones) se unieron brevemente en innumerables combinaciones antes de enfriarse y asentarse en configuraciones más estables para formar los neutrones y los protones de la materia ordinaria.

En el caos previo al enfriamiento, una fracción de estos quarks y gluones colisionó al azar formando partículas X, de vida fugaz. Se las llama “X” porque sus estructuras son desconocidas. En la actualidad, las partículas X son extremadamente raras, aunque se ha teorizado que pueden crearse en aceleradores de partículas lo bastante potentes y bajo las circunstancias idóneas.

Ahora, un equipo internacional en el que participa Yen-Jie Lee, del Laboratorio de Ciencia Nuclear, adscrito al Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos, ha encontrado evidencias de partículas X en el plasma de quarks-gluones producido en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, con sede cerca de Ginebra, Suiza.

El equipo utilizó técnicas de aprendizaje automático (una modalidad de inteligencia artificial) para examinar más de 13.000 millones de colisiones de iones pesados, cada una de las cuales produjo decenas de miles de partículas cargadas. En medio de esta sopa de partículas ultradensa y de alta energía, los investigadores pudieron detectar unas 100 partículas X, concretamente de un tipo conocido como “X (3872)”, llamado así por la masa estimada de la partícula.

Es la primera vez que se consigue detectar partículas X en el plasma de quark-gluones.

Un segmento del LHC y su túnel. (Foto: CERN / Maximilien Brice / Julien Marius Ordan)

Las partículas X (3872) fueron descubiertas en 2003 por el experimento Belle, instalado en un acelerador de partículas en Japón que hace chocar electrones y positrones de alta energía. Sin embargo, en este medio, las partículas raras se desintegran demasiado rápido para que los científicos puedan examinar su estructura en detalle. En cambio, si el medio es el plasma de quarks-gluones, la partícula X (3872) y otras partículas exóticas pueden ser observadas mucho mejor.

La capacidad, ahora demostrada, de poder detectar partículas X en el plasma de quarks-gluones abre además un camino hacia el conocimiento de la estructura de dichas partículas X, que por ahora es desconocida. Mediante el plasma de quarks-gluones, será posible sondear la estructura interna de las partículas X. Lo que se descubra sobre dicha estructura interna podría poner en entredicho ideas de la física muy aceptadas y respaldar otras que por ahora resultan difíciles de creer.

Lee y sus colegas publicaron los detalles técnicos del hallazgo el 19 de enero, en la revista académica Physical Review Letters. (Fuente: NCYT de Amazings)