Primeras colisiones de iones pesados en ALICE

colisión Pb-Pb, Nov 2010

Actualización: animación 3D de una de estas colisiones observadas en CMS ha sido presentada, ver video.

Han pasado siete meses desde que el LHC comenzó a machacar protones y hasta ahora los resultados han mostrado que la máquina funciona mejor de lo que se habría esperado y las metas planteadas fueron duplicadas. Las partículas del modelo estándar que se esperaba observar han sido observadas y sus propiedades medidas con altísima precisión. La semana recién pasada lo protones dejaron de circular el anillo de 27 km cuando fueron retirados el pasado miércoles, ya que el programa para este año incluye la colisión de partículas (literalmente) más grandes.

Machacando iones pesados

El plomo (Pb) es un átomo bastante pesado, está constituído por 82 protones y más de 120 neutrones, además de los correspondientes 82 electrones que se mueven en torno al núcleo. Cuando uno o más electrones son removidos de un átomo éste se denomina ion y se dice que el átomo se ha ionizado. En CERN están usando un tipo de plomo cuyo núcleo contiene 126 neutrones llamado 208Pb, donde el 206 denota el número de nucleones (los protones y neutrones se denominan nucleones porque son los que forman el núcleo atómico): 82+126=208. Dado que el plomo tiene 208 nucleones, un núcleo de plomo es aproximadamente 208 veces más grande y pesado que un protón, por eso este tipo de iones se denomina pesado. Luego de removerle sus 82 electrones, sólo los núcleos de plomo son insertados en el complejo de aceleradores que aumentan gradualmente su energía para finalmente ser inyectados en el acelerador estrella del CERN, el famoso LHC. Esto ocurrió el pasado jueves, durante el fin de semana los científicos se dedicaron a calibrar y estabilizar los haces de iones.

ALICE

A menos de una semana de la inyección de los primeros iones, la mañana del domingo 7 Nov.  se han registrado las primeras colisiones de iones de plomo en ALICE, uno de los grandes experimentos en el anillo del LHC específicamente diseñado para este tipo de colisiones (ALICE es el acrónimo de A Large Ion Collider Experiment,  es decir, un gran experimento colisionador de iones). Las noticias son bastante recientes y habrá que esperar para registrar muchas colisiones y luego el análisis de los datos para saber qué resultados nos entregará ALICE así como ATLAS y CMS, el par de detectores gigantes del LHC, cuyas colisiones pueden seguirse en vivo: Live ATLAS y CMS Live.

Para qué colisionar iones pesados?

Encontrar el bosón de Higgs es una de las grandes metas del LHC, sin embargo contruir una máquina tan grande, compleja y costosa no se habría justificado con un único objetivo. Así es como el LHC estudiará el estado de la materia que se cree existió una fracción de segundo después del Big Bang, tiempo en el cual la temperatura y densidad eran muy altas y los constituyentes de los nucleones (quarks y gluones) formaban una sopa de partículas llamada plasma quark-gluón. Este plasma es el que se espera recrear al hacer chocar de frente un par de iones pesados. El estudio teórico como experimental del plasma quark-gluón es uno de los temas más importantes en física del último tiempo. Es importante notar que esta no es la primera vez que iones pesados se hacen chocar, en el Brookhaven National Lab en New York se encuentra el colisionador relativista de iones pesados llamado RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) en el cual se han colisionado iones de plata durante los últimos diez años. El video a continuación muestra una simulación de los estudios en RHIC que ahora se llevarán cabo a las energías del LHC en ALICE.

Imágenes: CERN

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Acerca de Jorge Diaz

Jorge es Investigador Postdoctoral en el Karlsruher Institut für Technologie, Alemania. Se dedica a la Astrofísica de Partículas estudiando neutrinos, rayos cósmicos y fotones de alta energía. Obtuvo su Ph.D. en Física de Partículas en Indiana University, Estados Unidos. En Twitter: @jsdiaz_
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12 respuestas a Primeras colisiones de iones pesados en ALICE

  1. Pingback: Tweets that mention Primeras colisiones de iones pesados en ALICE « Conexión causal -- Topsy.com

  2. visualcubb dijo:

    Que interesante tema, que bueno que postearon, pensé que habían abandonado el blog :(.

    Pregunta, hay algo que no me queda claro del video, dá la impresión de que los Quarks estuvieran oxcilando dentro del proton ¿o no?.

    Gracias.

    • Jorge Diaz dijo:

      visualcubb,
      gracias por tu visita y preocupación, el blog no ha sido abandonado aunque lo parezca por la escasez de artículos en el último tiempo, lamentablemente “la cuarta dimensión” nos ha jugado una mala pasada y no nos ha permitido mantener el sitio como quisiéramos, de todas formas aunque sea a lo lejos acá estamos.

      Lo que se muestra en el video es sólo una simulación, no ha manera de poder “ver” un quark en el sentido estricto de lo que significa ver, sin embargo imaginar los quarks en interior de los nucleones, protones o neutrones, como partículas estáticas es muy poco físico. Uno de los principios fundamentales de la mecánica cuántica nos dice que la posición y la velocidad de una partícula no pueden conocerse con absoluta precisión en un instante dado (principio de incertidumbre), por lo que siempre es más realista visualizar todo allí vibrando, moviéndose con cierta velocidad. Supongo que esto es lo que se intentó hacer al incorporar esta característica a la animación.

    • Jorge Diaz dijo:

      visualcubb,
      me quedé pensando en tu pregunta y en la respuesta que te dí ayer, y aunque lo que dije no está mal, creo que recién comprendí a qué te referías con que los quarks parecen “oscilar” dentro del nucleón. Te refieres a que su color cambia, no al movimiento que se muestra, a eso te refieres?
      Si es así, entonces te digo que esa es una observación muy fina, un detalle muy importante que tiene que ver con la forma en que los quarks interactúan al intercambiar un gluón. Esto es el tema de la última parte de la serie de “Interacciones Fundamentales” que estoy escribiendo, sobre la fuerza nuclear fuerte. Por ahora te puedo adelantar que los los quarks tienen una propiedad muy parecida a la carga eléctrica llamada “color” (obviamente este es sólo un nombre porque no podemos ver un quark) que puede ser rojo, verde o azul, este color cambia cuando un par de quarks intercambia un gluón y esto contituye uno de los detalles fundamentales de la fuerza nuclear fuerte.
      Entonces respondiendo a tu pregunta, no es una “oscilación” como en el caso de los neutrinos que cambian de sabor espontáneamente sin la necesidad de intercambiar alguna partícula, fíjate que el cambio de color de los tres quarks en el video ocurre justamente cuando se intercambia un gluón. Ese gluón es el que transmite la fuerza fuerte y mantiene a los quarks “pegados” para formar partículas compuestas llamadas hadrones.

  3. Pingback: Plasma quark-gluón: por qué es importante su estudio? « Conexión causal

  4. carla cofre dijo:

    Excelente video y la información que hay, realmente me ha ayudado en mis clases con los 8º años básicos del colegio Sochides de Renca. Es una inspiración este blog, que bueno que estan actualizandolo yo pensé que no lo harian màs. Les felcito, son un gran aporte para la educación de los profesores que enseñamos ciencia escolar y para los niños que les gusta este tema en demasia. Cariños a mi ex profesor del psotitulo de ciencias de la UC Felipe.

    • Jorge Diaz dijo:

      hola Carla,
      gracias por tu comentario. Es una alegría saber que de alguna manera ayudamos a transmitir esta información y que llegue a niños es algo impagable, gracias por contarnos eso, es un motivo suficiente para seguir escribiendo. Si tienes sugerencias o consultas nos avisas, nosotros encantados; los temas que tratamos parecen estar bastante polarizados y eso se debe a que los autores intentamos escribir sobre cosas que comprendemos a un nivel que pueda explicarse de manera simple pero si hay temas que te gustaría que tratáramos, ya sabes cómo “ubicarnos”.
      Saludos

    • Hola Carla,
      Que alegria saber que haz podido transmitir tu entusiasmo por la ciencia a tus alumnos. Personalmente, agradezco muchisimo la oportunidad que tuve como profesor del postitulo de poder llegar a ustedes e intentar colaborar en la divulgacion de temas cientificos.
      Tal como dice Jorge, si quieres proponer algun tema no temas hacerlo. Si prefieres, me puedes escribir a mi correo o a mi Twitter; que se que ambos los tienes.
      Un gran abrazo y muchas gracias por seguirnos.
      Felipe

      • Maria dijo:

        Hola Felipe,estoy buscando una informacion que puede parecer extraña,e preguntado algunas amistades de astrologia y no me saben explicar lo que ultimamente sucede,sigo buscando en otros campos ,para saber si asi consigo la respuesta,alomejor me quedare con la duda.E visto unas formas redondas,azuladas,como si estubieran rellenas de energia,como si supieran y llebaran una direccion,caen con lentitud ,como si hubiera gravedad,son de color azul cielo,parecen gotas de agua,pero son del tamaño de una cañica,desaparecen sin dejar rastro,las ves perderse.Al principio no hacia mucho caso,pero un par de personas tambien lo han visto y la casualidad que yo estaba presente.La pregunta,es,si es alguna particula,colisiones de iones.,etc…

  5. Hola Maria,

    Es difícil responder tu pregunta, si en verdad no tengo claro lo que haz observado. Personalmente, nunca he visto algo como lo que describes; excepto cuando me sube la presión arterial u ocular (al refregarme mucho los ojos por ejemplo) y veo algo bastante similar debido precisamente a que el cristalino esta sufriendo por el alza en la presión.

    Desde el punto de vista de mis conocimientos; el único fenómeno que se me ocurre que podrías haber presenciado; es un fenómeno que ha sido reportado muy vagamente y con prácticamente nula capacidad de reproducibilidad en laboratorio (lo que ha llevado a algunos científicos a pensar si es real o es mito urbano) Es un fenómeno conocido como “esferas de luz” (ball lightning) que gente alrededor del mundo a dicho presenciar. Se cree que son formaciones esféricas de plasmas producidos en el aire, pero no se sabe que las produciría (y eso obviamente, limita su reproducibilidad). Pero aun así, hay muchos físicos que dedican parte de su tiempo a estudiar seriamente este fenómeno (hay hartos papers del tema) pero siempre con la interrogante de como producir uno en el laboratorio.

    Lamentablemente, los reportes de formación de “ball lightning” son escasos y casi todos son de gente común y corriente que los vio aparecer y desaparecer (incluso atravesando paredes); pero sin capacidad de medir nada (obvio… nadie anda con detectores científicos en el bolsillo). Si eres capaz de descartar cualquier otra forma que haya producido ese efecto (como la presión ocular, gotas de agua, insectos, etc); talvez seas una de las pocas personas del mundo que ha podido ver este efecto. Si estas totalmente segura, te puedo indicar a un físico en Chile que dedica su “tiempo libre” a estudiar teóricamente estas formaciones de plasma para que puedas aportarle la información que podría ser útil para conocer el fenómeno. Aunque debo ser sincero, y decir que yo tengo cierto escepticismo hacia el tema… pero como científico, no puedo ser ciego frente a temas que no conozco en detalle.

    Que estés bien,
    Felipe

  6. nata dijo:

    Felipe ,muchas gracias , primero ,soy una de las tantas personas , que si no veo no creo , me fui a mirar la visión y realmente no tengo ni una pizca de dioptria, tenia hace dos meses 0,25 en un ojo , ahora e vuelto a recuperarla 100 por 100 , cuando , sin decir nada otras personas que estaban a mi alrededor me comentaron ver lo mismo que en esos momento lo estaba presenciando ,entonces empecé a mosquearse un poco .
    En mi vida e tomado drogas ,ni medicamentos , con una mente abierta ,deportista de trialeras ,me gusta alejarme de todo ,para despejar las mente ,pintora ,escritora ,de jovi ,empresaria ,realmente ,al principio pense ,que algo me pasaba por la cabeza ,pero veo que no .MUCHISIMAS GRACIAS.

  7. nata dijo:

    Porfavor enviame toda la informacion ,sobre el fisico Chileno.Gracias

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