Probing spin dynamics in the QGP via spin-dependent Λ–Λ observables

Descripción del proyecto

Estudio de la dinámica de espín en estados extremos de la materia cuántica

El plasma de quarks y gluones (QGP, por sus siglas en inglés) es un estado de la materia en el que estas partículas, normalmente confinadas en protones y neutrones, se encuentran libres en un medio caliente y denso. Este estado se crea en las colisiones de iones pesados en el Gran Colisionador de Hadrones, lo que permite estudiar la interacción fuerte descrita por la cromodinámica cuántica (QCD, por sus siglas en inglés). Aunque la QCD explica cómo los quarks y los gluones se combinan para formar hadrones, el papel del espín en el QGP sigue siendo prácticamente desconocido. En el proyecto SPIN-QGP, financiado por las acciones Marie Skłodowska-Curie, se estudiarán los hiperones Λ, partículas especialmente adecuadas para investigar el espín, ya que ayudan a revelar su orientación. El equipo combinará el análisis de las correlaciones de espín entre pares de hiperones Λ con el desarrollo de técnicas de femtoscopia dependientes del espín para estudiar si estas correlaciones persisten durante la hadronización. Los resultados del proyecto contribuirán a mejorar el conocimiento de la interacción nuclear fuerte y de sus propiedades cuánticas.

Objetivo

Quantum Chromodynamics (QCD) is the theory of the strong interaction, yet its non-perturbative regime, where quarks and gluons bind into hadrons, remains incompletely understood. Heavy-ion collisions at the LHC create a strongly interacting medium, the quark–gluon plasma (QGP). The role of spin in this quantum fluid, and its relation to quantum correlations and spin-dependent forces, is still largely unexplored beyond single-particle polarization measurements. This project pioneers spin-dependent studies using Λ hyperons, whose parity-violating weak decay self-analyzes spin by its decay particle momentum. Two objectives are proposed: (1) measure Λ–Λ two-particle spin correlations to access singlet and triplet components via the relative angle of decay protons 〈cosΔθ〉) in the rest frame of Λs and to study spin dynamics of QGP (2) develop spin-dependent femtoscopy to separate spin channels in the Λ–Λ correlation function and extract spin-dependent scattering parameters and interaction potential. These observables probe whether hadronization preserves quark-spin correlations, whether initial-state spin fluctuations survive the QGP, and the spin structure of hyperon–hyperon forces, providing complementary constraints to lattice QCD and hypernuclear data. The analysis exploits ALICE Run-3 Pb–Pb data (over 20 billion events), improved vertex precision with detector upgrades, and ML-based selection to secure statistical power and control systematics (feed-down, acceptance, backgrounds). By establishing spin correlations as new QCD observables, the project integrates quantum information ideas into heavy-ion physics, delivers unprecedented constraints on baryon interactions, and trains a researcher at the interface of experiment, theory, and data science.