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'Perfecto' suficiente líquido caliente a sopa de quarks

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'Perfecto' suficiente líquido caliente a sopa de quarks

Los protones, los neutrones se funden para producir "plasma de quark-gluón" en el RHIC

Lunes, 15 de febrero 2010
Upton, NY - Los análisis recientes de la relativista Colisionador de Iones Pesados ​​(RHIC), de 2,4 kilómetros de circunferencia "acelerador de partículas" en los EE.UU. Departamento de DOE) Energía (Laboratorio Nacional de Brookhaven, establecer que las colisiones de iones de oro que viajan casi a la velocidad de la luz han creado la materia a una temperatura de alrededor de 4 billones de grados centígrados - la temperatura más alta jamás alcanzada en un laboratorio, unas 250.000 veces más caliente que el centro del sol. Esta temperatura, con base en las mediciones efectuadas por la colaboración PHENIX en el RHIC, es superior a la temperatura necesaria para fundir los protones y neutrones en un plasma de quarks y gluones. Detalles de los resultados serán publicados en Physical Review Letters .
Estas nuevas medidas de la temperatura, combinados con otras observaciones analizó más de nueve años de operaciones por cuatro colaboraciones experimentales RHIC - BRAHMS, PHENIX, PHOBOS y STAR - indican que los accidentes RHIC de oro en oro de producir un líquido que fluye libremente compuesta de quarks y gluones. Este tipo de sustancias, a menudo denominado plasma de quarks y gluones, o QGP, llena el universo unos microsegundos después de que comenzó a existir hace 13,7 millones de años. En el RHIC, este líquido aparece, y la temperatura se cita que se llegó, en menos tiempo del que tarda la luz en viajar a través de un solo protón.
Photo of PHENIX detector
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"Esta investigación ofrece una perspectiva importante en la estructura fundamental de la materia y el universo temprano, destacando los méritos de la inversión a largo plazo en gran escala, programas de investigación básica en nuestros laboratorios nacionales", dijo el Dr. William F. Brinkman, director de la Oficina de Ciencia del DOE."Felicito al enfoque cuidadoso científicos del RHIC han utilizado para reunir las pruebas de desarrollo de su pretensión de crear una nueva forma verdaderamente notable de la materia."
Según Steven Vigdor, director asociado del Laboratorio de Brookhaven Nuclear y Física de Partículas, que supervisa el programa de investigación RHIC, "Estos datos proporcionan la primera medición de la temperatura del plasma de quarks y gluones en el RHIC."
Los científicos miden la temperatura de la materia caliente por mirar el color o la distribución de energía, la luz emitida desde que - similar a la forma se puede decir que una barra de hierro está caliente al mirar en su resplandor. Debido a que la luz interactúa muy poco con el líquido caliente producido en el RHIC, que da testimonio de una precisión de las condiciones temprana como caldero a crear en su interior.
Vigdor dijo, "La temperatura deducirse de estas nuevas mediciones en el RHIC es considerablemente más alto que el de larga data posible la temperatura máxima que puede alcanzarse sin la liberación de los quarks y los gluones de su confinamiento normal dentro de los protones y neutrones individuales.
"Sin embargo", agregó, "los quarks y gluones en la materia que vemos en el RHIC se comportan mucho más cooperativa que las partículas independientes inicialmente previsto para QGP".

Gas caliente vs líquido caliente

RHIC y el LHC

El programa de investigación en el RHIC se complementará con estudios que pronto pondrá en marcha en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un acelerador de partículas de 17 kilómetros de circunferencia de comenzar las operaciones en Europa. El LHC va a dedicar un mes cada año para colisionar núcleos pesados ​​a energías muy superiores a los RHIC - ampliar la exploración de la materia un paso más atrás en el tiempo hacia el nacimiento del universo. Los cálculos de la cromodinámica cuántica ahora predicen que las temperaturas aumentan de manera significativa, la materia de quarks y gluones lentamente debe evolucionar a partir de líquido perfecto RHIC de un gas ideal. El LHC proporcionará la primera oportunidad de observar esta evolución como colisión aumenta la temperatura en un factor de 2-3 en sus propios experimentos de iones pesados, que comenzará a finales de 2010.
Al mismo tiempo, las actualizaciones RHIC y las operaciones flexible permitirá a los científicos a cuantificar las interacciones de partículas en el interior del líquido perfecto y explorar el diagrama de fase de la materia nuclear. "RHIC y el LHC va a trabajar juntos de manera complementaria para ampliar nuestra comprensión de los componentes básicos de nuestro universo y las fuerzas que les dan forma," dijo Vigdor.
Los científicos creen que un plasma de quarks y gluones existían unos pocos microsegundos después del nacimiento del universo, antes de la refrigeración y condensación para formar los protones y neutrones que componen toda la materia que nos rodea - a partir de átomos individuales a las estrellas, los planetas y las personas. Aunque la materia producida en el RHIC sobrevive por mucho menos de una mil millonésima de una billonésima de segundo, sus propiedades se puede determinar utilizando detectores muy sofisticados RHIC para ver algunos de los miles de partículas emitidas durante su breve vida. Las mediciones proporcionan nuevos conocimientos sobre fuerza más poderosa de la naturaleza - en esencia, lo que mantiene todos los protones y los neutrones del universo.
Las predicciones realizadas antes de las operaciones iniciales de RHIC en el año 2000 se espera que el plasma de quarks y gluones que existe como un gas. Sin embargo, datos sorprendentes y definitiva de la primera RHIC tres años de funcionamiento, presentado por científicos del RHIC en abril de 2005, mostró que la materia producida en el RHIC se comporta como un líquido , cuyo componente de las partículas interactúan muy fuertemente entre sí. Esta materia líquida ha sido descrita como casi "perfecto" en el sentido de que los flujos sin apenas resistencia a la fricción, o viscosidad. Tal "perfecto" líquido no encaja con la imagen de la "libre" quarks y gluones físicos habían utilizado anteriormente para describir QGP.
En los artículos publicados en 2005, el RHIC físicos presentó un plan de medidas cruciales para aclarar la naturaleza y componentes de la "perfecta" líquido. La medición de la temperatura a principios de los choques fue uno de los objetivos.Los modelos de la evolución de la materia producidas en las colisiones del RHIC ha sugerido que la temperatura inicial podría ser lo suficientemente alta como para derretir los protones, pero una medida más directa de la temperatura necesaria la detección de fotones - partículas de luz - se emite cerca del comienzo de la colisión, que viajan hacia fuera perturbado por su entorno.
"Esta fue una medida extraordinariamente desafiante", explicó Barbara Jacak, un profesor de física en la Universidad de Stony Brook y portavoz de la colaboración PHENIX. "Hay muchas maneras de que los fotones se pueden producir en estas colisiones violentas. Hemos sido capaces de "eliminar" la contribución de estas otras fuentes, aprovechando la flexibilidad del RHIC para medir directamente y hacer la misma medición en las colisiones de protones, y no de núcleos de oro.Así podríamos precisar el exceso de producción en las colisiones de oro en oro, y determinar la temperatura de la materia que irradiaba el exceso de los fotones. Al cotejar los modelos teóricos de la expansión del plasma a los datos, podemos determinar que la temperatura inicial de la "perfecta" líquido ha alcanzado cerca de cuatro billones de grados centígrados. "

En el futuro

Los descubrimientos en el RHIC han dado lugar a nuevas preguntas apremiantes en el ámbito de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría que describe las interacciones de los componentes más pequeños conocidos del núcleo atómico.Para investigar estas y otras preguntas y llevar a cabo estudios detallados sobre el plasma, los físicos de Brookhaven está planeando actualizar RHIC en los próximos años para aumentar su tasa de colisiones y las capacidades del detector.
"Estas mejoras técnicas facilitar los estudios de señales poco frecuentes que proporciona medidas de precisión aún mejor la temperatura, la viscosidad, y otras propiedades básicas del plasma líquido casi perfecto de quark-gluón creado en el RHIC," dijo Vigdor.
Investigación en el RHIC es financiado principalmente por los EE.UU. Departamento de Energía de la Oficina de Ciencia y por diversas instituciones internacionales que colaboran y nacional. Para obtener una lista completa de donantes RHIC, vaya a: http://www.bnl.gov/rhic/funding.asp .
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