Quarks de confinamiento – Technology Org

Una nueva forma de estudiar los quarks, uno de los bloques de construcción de los protones y neutrones que componen los núcleos atómicos, se propone. Esto nunca se había hecho antes y hacerlo ayudaría a responder muchas preguntas fundamentales en física. En particular, los investigadores podrían usar el nuevo enfoque para determinar cómo la materia adquiere su masa.

Cámara STAR La investigación sobre el confinamiento de quarks se inspiró en parte en la investigación nuclear llevada a cabo en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en los EE. UU. Aquí se muestra un detector de partículas gigante que puede visualizar interacciones subatómicas. Este aparato está investigando materia de quarks que gira rápidamente. Crédito de la imagen: Laboratorio Nacional de Brookhaven CC BY-NC-ND 2.0

El estudio de la materia puede parecerse un poco a abrir una pila de muñecas rusas matryoshka, cada nivel hacia abajo revela otro arreglo familiar, pero diferente, de componentes más pequeños y más difíciles de explorar que el anterior. En nuestra escala cotidiana, tenemos objetos que podemos ver y tocar. Ya sea agua en un vaso o el vaso mismo, en su mayoría se trata de arreglos de moléculas demasiado pequeñas para verlas. Las herramientas de la física (microscopios, aceleradores de partículas, etc.) nos permiten mirar más profundamente para revelar que las moléculas están hechas de átomos. Pero no se detiene allí: los átomos están hechos de un núcleo rodeado de electrones.

El núcleo a su vez es un arreglo de nucleones (protones y neutrones), lo que le da al átomo sus propiedades y su masa. Pero tampoco termina aquí; los nucleones se componen además de cosas menos familiares conocidas como quarks y gluones. Y es a esta escala que los límites de nuestro conocimiento de la física fundamental presentan un bloqueo. Ya que, para explorar quarks y gluones, idealmente deben estar aislados unos de otros; sin embargo, en la actualidad, esto parece ser imposible. Cuando los aceleradores de partículas aplastan los átomos y crean lluvias de desechos atómicos, los quarks y los gluones se vuelven a unir demasiado rápido para que los investigadores los exploren en detalle. Una nueva investigación del Departamento de Física de la Universidad de Tokio sugiere que pronto podríamos abrir la siguiente capa de la muñeca matryoshka.

“Para comprender mejor nuestro mundo material, necesitamos hacer experimentos, y para mejorar los experimentos, necesitamos explorar nuevos enfoques sobre la forma en que hacemos las cosas”, dijo el profesor Kenji Fukushima. “Hemos esbozado una posible forma de identificar el mecanismo responsable del confinamiento de los quarks. Este ha sido un problema de larga data en la física y, si se soluciona, podría revelar algunos misterios profundos sobre la materia y la estructura del universo”.

La masa de los quarks subatómicos es increíblemente pequeña: combinados, los quarks en un nucleón representan menos del 2% de la masa total, y los gluones parecen no tener masa. Entonces, los físicos sugieren que la mayoría de la masa atómica en realidad proviene de la forma en que se unen los quarks y los gluones, en lugar de las cosas mismas. Están unidos por la llamada fuerza fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, que incluyen el electromagnetismo y la gravedad, y se cree que la fuerza fuerte en sí misma dota a un nucleón de masa. Esto es parte de una teoría conocida como cromodinámica cuántica (QCD), donde «cromo» proviene de la palabra griega para color, razón por la cual a veces escuchas que los quarks son rojos, verdes o azules, a pesar de que son incoloros. .

“La prueba rigurosa de que la fuerza fuerte da lugar a la masa sigue estando fuera de nuestro alcance”, dijo Fukushima. “El obstáculo es que QCD describe las cosas de tal manera que dificulta los cálculos teóricos. Nuestro logro es demostrar que la fuerza fuerte, dentro de un conjunto especial de circunstancias, puede realizar el confinamiento de quarks. Hicimos esto interpretando algunos parámetros observados de los quarks como una nueva variable que llamamos velocidad angular imaginaria. Aunque de naturaleza puramente matemática, se puede volver a convertir en valores reales de las cosas que podemos controlar. Esto debería conducir a un medio para realizar un estado exótico de materia de quarks que gira rápidamente una vez que aprendamos cómo convertir nuestra idea en un experimento”.

Fuente: Universidad de Tokio

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