Colisões entre prótons e íons de chumbo no Grande Colisor de Hádrons (LHC) produziram um comportamento surpreendente em algumas das partículas criadas pela colisão.
A nova observação sugere que as colisões podem ter produzido um novo tipo de matéria conhecido como cor de vidro condensado.
Quando feixes de colisão de partículas em cada outro a velocidades altas, as colisões render centenas de novas partículas, a maioria das quais voar para longe do ponto de colisão em perto da velocidade da luz. No entanto, o Compact Muon Solenoid equipe (CMS) no LHC descobriu que em uma amostra de 2 milhões de chumbo Proton-colisões, alguns pares de partículas voou longe um do outro com suas respectivas direções correlacionadas.
"De alguma forma eles voam na mesma direção, mesmo que não está claro como eles podem se comunicar com sua direção um do outro. Isso foi uma surpresa para muitas pessoas, inclusive nós ", diz o professor de física do MIT Gunther Roland, cujo grupo liderou a análise dos dados de colisão junto com Wei Li, um pós-doc MIT antigo que agora é professor assistente na Universidade Rice.
Clique na imagem para ampliarA colisão de prótons com um núcleo de chumbo, o envio de um chuveiro de partículas através do detector CMS. Imagem: CERN
Um artigo descrevendo as descobertas inesperadas aparecerá na próxima edição da revista Physical Review B e já está disponível no arXiv.
O MIT grupo de íons pesados, que inclui Roland e professores de física do MIT Wyslouch Bolek e Busza Wit, viu o mesmo padrão distintivo em colisões próton-próton cerca de dois anos atrás. O padrão de voo mesmo também é visto quando os iões de chumbo ou outros metais pesados, tais como o ouro e cobre, colidem uns com os outros.
Tem-se teorizado que o protão-protão colisões podem produzir uma onda do tipo líquido de glúons, conhecida como vidro de cor-condensado. Este enxame denso de glúons também podem produzir o padrão de colisão incomum visto em colisões próton-chumbo, diz Raju Venugopalan, um cientista sênior do Laboratório Nacional de Brookhaven, que não esteve envolvido na pesquisa atual.
Venugopalan e seu ex-aluno Kevin Dusling teorizou a existência de cor de vidro condensado pouco antes de a correlação direção de partículas foi visto em colisões próton-próton.
Enquanto protões em níveis normais consistem em três quarks, eles tendem a ganhar um cluster de acompanhamento de gluons em níveis mais elevados de energia. Estes gluons existir como partículas e ondas, e suas funções de onda podem ser correlacionados uns com os outros.
Este "emaranhamento quântico", explica como as partículas que voam longe da colisão pode compartilhar informações, tais como direção de voo, Venugopalan diz.
Clique na imagem para ampliarA colisão de prótons com um núcleo principal, o envio de um chuveiro de partículas através do detector ALICE.Os experimentos ATLAS, CMS e LHCb também registraram as colisões. Crédito: Alice / CERN
A correlação é "um efeito muito pequeno, mas está apontando para algo muito fundamental sobre como os quarks e glúons são organizados espacialmente em um próton", diz ele.
Os pesquisadores do CMS inicialmente previsto para utilizar as colisões de prótons de chumbo como um "sistema de referência" para comparação com chumbo-chumbo colisões.
"Você não espera efeitos quarks glúon plasma", com chumbo de prótons colisões, Roland diz. "Era para ser uma espécie de corrida de referência -. Uma corrida em que você pode estudar efeitos de fundo e, em seguida, subtrair-los dos efeitos que você vê em colisões chumbo-chumbo"
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