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Mediciones precisas de colisiones entre partículas de alta energía

En los momentos inmediatamente posteriores al Big Bang, las condiciones del Universo podrían haber sido las de una «sopa primordial» caliente y espesa. La ciencia cuenta con técnicas que permiten recrear en aceleradores de partículas condiciones similares a aquellas para poder estudiarlas.
Mediciones precisas de colisiones entre partículas de alta energía
Dicha sopa primordial estaba compuesta de partículas moviéndose a la velocidad de la luz de las que abundaban los quarks, partículas elementales con masa y multitud de gluones, partículas elementales de fuerza que sirven de medio de unión entre los quarks y los protones, neutrones y otras entidades. Los aceleradores de partículas de alta potencia han permitido recrear unas condiciones similares a las que se produjeron en los instantes posteriores a la creación del Universo.

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. El detector ATLAS, de 7 000 toneladas de peso y uno de los detectores de uso general de las instalaciones del LHC, obtiene los residuos de dichas colisiones en forma de partículas nuevas que salen despedidas en todas direcciones.

El programa Relativista de Iones Pesados (RHI) en el LHC ha sido capaz de alcanzar las colisiones con mayor carga de energía entre iones pesados, superando incluso al Acelerador Relativista de Iones Pesados (RHIC, Estados Unidos). Los experimentos posibles en este programa podrían dar lugar a información importante sobre el origen del Universo.

Un equipo de científicos puso en marcha el proyecto financiado con fondos europeos GLOBALHIATLAS a fin de ajustar las mediciones asociadas a este tipo de experimentos y así dotar de solidez y fiabilidad a las conclusiones obtenidas. En concreto investigaron la dependencia de varias características globales de las colisiones producidas en el RHI (entre ellas el flujo elíptico) en función de la centralidad, definida esta por la cantidad de nucleones (protones o neutrones) que participan en una colisión.

Su metodología les permitió calcular la cantidad de nucleones participantes, la cantidad de colisiones producidas entre ellos y otros parámetros. Además, los investigadores compararon los resultados obtenidos en el LHC con los extraídos de experimentos ejecutados en el RHIC y con predicciones calculadas a partir de modelos basados en datos de esta última instalación. Por último, los investigadores estudiaron la producción de hadrones con carga, partículas compuestas de quarks que proporcionan una forma de estudiar el nacimiento y la evolución de los primeros momentos del Universo.

GLOBALHIATLAS sentó las bases para poder obtener mediciones fiables y precisas de colisiones de RHI de alta energía en el LHC y así garantizar que las conclusiones en torno al origen y la evolución del Universo van por el buen camino. Es más, una comprensión más completa sobre el rendimiento del detector ATLAS en lo referente al entorno denso de este tipo de colisiones servirá para el planteamiento de nuevos experimentos en un futuro.

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