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Posted in | Nanomaterials

Los protones, los neutrones se funden para producir "plasma de quark-gluón" en el RHIC

Published on February 15, 2010 at 6:28 PM

Los análisis recientes de la relativista Colisionador de Iones Pesados ​​(RHIC), un 2,4 kilómetros de circunferencia "Atom Smasher" en el Departamento de EE.UU. (DOE) de Energía del Laboratorio Nacional de Brookhaven , establecer que las colisiones de iones de oro que viajan a casi la velocidad de la luz han creado la materia a una temperatura de alrededor de 4 billones de grados centígrados - la temperatura más alta jamás alcanzada en un laboratorio, cerca de 250.000 veces * más caliente que el centro del sol.

PHENIX detector

Esta temperatura, en base a las mediciones realizadas por la colaboración PHENIX en el RHIC, es superior a la temperatura necesaria para fundir los protones y neutrones en un plasma de quarks y gluones. Los detalles de los resultados serán publicados en Physical Review Letters.

Estas mediciones de temperatura, combinada con otras observaciones analizó más de nueve años de operaciones por cuatro colaboraciones experimentales RHIC - BRAHMS, PHENIX, PHOBOS y STAR - indican que el oro-oro RHIC colisiones producen un líquido que fluye libremente compuesta de quarks y gluones. Este tipo de sustancias, a menudo referido como el plasma de quarks y gluones, o QGP, llenó el universo unos microsegundos después de que entró en existencia 13.7 billones de años. En el RHIC, este líquido aparece, y las temperaturas citadas se alcanza en menos tiempo del que tarda la luz en viajar a través de un solo protón.

"Esta investigación ofrece una perspectiva importante en la estructura fundamental de la materia y el universo temprano, destacando los méritos de la inversión a largo plazo en gran escala, programas de investigación básica en nuestros laboratorios nacionales", dijo el Dr. William F. Brinkman, director de la Oficina de Ciencia del DOE. "Felicito al enfoque cuidadoso científicos del RHIC han utilizado para recopilar pruebas detalladas de su solicitud de crear una nueva forma verdaderamente notable de la materia."

De acuerdo con Steven Vigdor, Director Asociado del Laboratorio Brookhaven de Física Nuclear y de Partículas, que supervisa el programa de investigación RHIC, "Estos datos proporcionan la primera medición de la temperatura del plasma de quarks y gluones en el RHIC."

Los científicos miden la temperatura de la materia caliente por mirar el color o la distribución de energía, de la luz emitida desde que - similar a la forma se puede decir que una barra de hierro está caliente al mirar en su resplandor. Debido a que la luz interactúa muy poco con el líquido caliente producida en el RHIC, que da testimonio de una precisión de principios de los años caldero condiciones similares a las creadas dentro.

Vigdor dijo, "La temperatura de deducir de estas nuevas mediciones en el RHIC es considerablemente más alto que el de larga data de temperatura máxima alcanzable sin la liberación de los quarks y los gluones de su confinamiento normal dentro de los protones y neutrones individuales.

"Sin embargo", añadió, "los quarks y gluones en la materia que vemos en el RHIC se comportan mucho más cooperativa que las partículas independientes inicialmente previsto para QGP".

Gas caliente vs líquido caliente
Los científicos creen que un plasma de quarks y gluones existían unos pocos microsegundos después del nacimiento del universo, antes de la refrigeración y condensación para formar los protones y neutrones que componen toda la materia que nos rodea - a partir de átomos individuales a las estrellas, planetas y personas. Aunque la materia producida en el RHIC sobrevive por mucho menos de una mil millonésima de una billonésima de segundo, sus propiedades se puede determinar el uso de detectores muy sofisticados RHIC para ver los miles de partículas emitidas durante su breve existencia. Las mediciones proporcionan nuevos conocimientos sobre fuerza más poderosa de la naturaleza - en esencia, lo que mantiene todos los protones y neutrones del universo.

Predicciones hechas antes de las operaciones iniciales RHIC en el año 2000 se espera que el plasma de quarks y gluones que existe como un gas. Sin embargo, datos sorprendentes y definitivos de la primera RHIC tres años de funcionamiento, presentado por científicos del RHIC en abril de 2005, mostró que la materia producida en el RHIC se comporta como un líquido, cuyas partículas constituyentes interactúan fuertemente entre sí. Esta materia líquida ha sido descrito como casi "perfecto" en el sentido de que los flujos sin apenas resistencia por fricción, o viscosidad. Como un "perfecto" líquido no encaja con la imagen de "libre" de quarks y gluones físicos habían utilizado anteriormente para describir QGP.

En los trabajos publicados en 2005, los físicos RHIC estableció un plan de medidas cruciales para aclarar la naturaleza y componentes de la "perfecta" líquido. La medición de la temperatura a principios de los choques fue uno de los objetivos. Los modelos de la evolución de la materia producidas en las colisiones del RHIC ha sugerido que la temperatura inicial podría ser lo suficientemente alta como para derretir los protones, pero una medida más directa de la temperatura necesaria para detectar los fotones - partículas de luz - se emite cerca del comienzo de la colisión, que viajan hacia fuera perturbado por su entorno.

"Esta fue una medida extraordinariamente desafiante", explicó Barbara Jacak, un profesor de física en la Universidad de Stony Brook y portavoz de la colaboración PHENIX. "Hay muchas maneras de que los fotones se pueden producir en estas colisiones violentas. Hemos sido capaces de" eliminar "la contribución de estas otras fuentes, aprovechando la flexibilidad RHIC para medir directamente y hacer la misma medición en las colisiones de protones, más que de núcleos de oro. Así, podríamos precisar el exceso de producción en las colisiones de oro-oro, y determinar la temperatura de la materia que irradiaba el exceso de los fotones. Comparando los modelos teóricos de la expansión del plasma a los datos, podemos determinar que la temperatura inicial del el "perfecto" líquido ha llegado a cerca de cuatro billones de grados centígrados. "

De cara al futuro
Los descubrimientos en el RHIC han dado lugar a nuevas preguntas apremiantes en el campo de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría que describe las interacciones de los componentes más pequeños conocidos del núcleo atómico. Para profundizar en estas y otras preguntas y llevar a cabo estudios detallados de las de plasma, los físicos de Brookhaven planea actualizar RHIC en los próximos años para aumentar su tasa de colisiones y las capacidades de detección.

"Estas mejoras técnicas facilitar el estudio de señales poco frecuentes que proporciona medidas de precisión aún mejor la temperatura, la viscosidad y otras propiedades básicas de la casi perfecta líquido plasma de quark-gluón creado en el RHIC", dijo Vigdor.

Last Update: 3. October 2011 22:40

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