Registradas por primera vez colisiones entre protones

sinc/CPAN
21/09/10

Científicos del experimento CMS, dentro del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de Ginebra, han observado por primera vez colisiones protón-protón, una correlación no prevista en eventos donde se produce gran número de partículas. Aunque aún es pronto para una interpretación definitiva, los expertos aseguran que es "la primera evidencia de un resultado novedoso” del mayor acelerador de partículas del mundo.
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La colaboración internacional de científicos que trabajan en el experimento CMS, uno de los cuatro grandes detectores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ha observado un nuevo fenómeno en determinadas colisiones ocurridas en el acelerador de partículas más grande del mundo.

El estudio, que se presenta hoy en la sede del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) en Ginebra, revela algunas correlaciones no esperadas entre partículas producidas en colisiones protón-protón de “alta multiplicidad”, donde se producen más de cien partículas. Este fenómeno no estaba previsto en este tipo de colisiones a estas energías (7 teraelectronvoltios) y, aunque no se pueden hacer interpretaciones definitivas, para los expertos es la primera evidencia de un resultado novedoso que arroja el LHC. En el experimento CMS participan científicos españoles del Instituto de Física de Cantabria, el CIEMAT, la Universidad de Oviedo y la Autónoma de Madrid.

El artículo "Observaciones de las correlaciones angulares de largo alcance en una región angular próxima en interacciones hadrónicas’, enviado al Journal of High Energy Physics, presenta signos indicadores de un nuevo fenómeno en colisiones protón-protón. Un estudio de las colisiones de “alta multiplicidad”, donde se producen alrededor de cien partículas o más, ha revelado indicios de que algunas partículas están de alguna manera "correlacionadas", asociadas conjuntamente a la hora en que fueron creadas en el punto de colisión.

Los investigadores consideraron natural la búsqueda de estas correlaciones en las colisiones protón-protón de alta multiplicidad en el LHC, ya que las densidades de partículas creadas en el acelerador comienzan a acercarse a las de las colisiones de alta energía de núcleos como el cobre, donde se han visto efectos similares.

En el análisis se seleccionaron todos los pares de partículas cargadas en una colisión y se midieron las diferencias en las direcciones de ambas. Los resultaros evidenciaron que, en algunos pares, las partículas se alejan unas de otras a velocidades cercanas a las de la luz, pero orientadas a lo largo del mismo ángulo, como si de alguna manera hubieran estado asociadas cuando fueron creadas en el punto de colisión.

Según Teresa Rodrigo, investigadora del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-Universidad de Cantabria) que presidirá el Comité de la colaboración CMS a partir del próximo año, “ésta es la primera manifestación de este tipo de correlaciones en colisiones protón-protón. El origen de estos efectos en el marco de las teorías de interacción fuerte como la cromodinámica cuántica requerirá todavía de estudios detallados con mas estadística, que esperamos poder seguir acumulando gracias al hasta ahora buen funcionamiento del LHC”. La interacción fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, responsable de mantener unidos al protón y al electrón en el núcleo del átomo.

Nuevas condiciones para la física

Para Rodrigo, con los datos obtenidos hasta el momento con el LHC funcionando a una energía de 7 teraelectronvoltios (TeV), la más alta alcanzada hasta la fecha en un acelerador, “no es de extrañar que se observen efectos que pongan de manifiesto nuevas condiciones”, aunque “hay que explorar en todos sus aspectos con extrema rigurosidad”. El aumento de la intensidad de los haces del LHC en los próximos meses va a proporcionar al menos cien veces más datos con los que estudiar este efecto con detalle y aclarar el mecanismo que subyace.

Por su parte Marcos Cerrada, investigador del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y miembro de la colaboración CMS, manifiesta que “la observación de este efecto, inesperado, en los datos experimentales que han sido analizados en CMS representa de hecho la primera evidencia clara de un resultado novedoso, aunque es aún prematuro aportar interpretaciones”.

Todavía no existe una explicación definitiva para la causa de este efecto, pero la nueva estructura es una reminiscencia de características similares a las observadas por los experimentos en el RHIC (Colisionador de Iones Pesados Relativistas en los Estados Unidos) que fueron interpretadas como debidas a la presencia de materia caliente y densa formada en las colisiones de iones pesados relativistas.

El portavoz de CMS, Guido Tonelli, comenta que "esta observación demuestra la potencia y versatilidad del detector CMS. Ahora estamos en nuestro camino a explorar, centímetro a centímetro, el nuevo territorio accesible por el LHC”. CMS es, junto al detector ATLAS, uno de los dos experimentos de “propósito general” que se han construido para buscar una nueva física.

Está diseñado para detectar una amplia gama de partículas y fenómenos que se producen en las colisiones protón-protón del LHC a alta energía y en las colisiones de iones pesados, y ayudará a responder a preguntas como de qué está hecho el universo, cuáles son las fuerzas que actúan dentro de él y qué es lo que da sustancia a todo. También medirá las propiedades de las partículas conocidas con una precisión sin precedentes y buscará fenómenos completamente nuevos.

En CMS participan 88 investigadores españoles. El CIEMAT ha participado en el desarrollo y fabricación de imanes superconductores para el acelerador, así como en el diseño y construcción de una parte de las cámaras de muones (instrumentos para medir la energía de partículas cargadas como los muones) y la fabricación de la electrónica de lectura de estas cámaras.

El IFCA se ha encargado del diseño del sistema de alineamiento y de la electrónica asociada de CMS, donde también colaboran la Universidad de Oviedo y la Universidad Autónoma de Madrid, involucrada en el desarrollo del sistema de selección de datos o “Trigger”. La participación española en el LHC es promovida a través del proyecto Consolider-Ingenio 2010 CPAN (Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear).