La Ciencia
Las colisiones de alta energía de núcleos atómicos núcleos brindan una oportunidad única para recrear el plasma de quarks y gluones (QGP) en el laboratorio, por un breve momento. El QGP es una forma fundamental de materia nuclear extremadamente caliente en la que protones y neutrones se disuelven en quarks y gluones. Llenó el universo temprano en los primeros microsegundos después del Big Bang. Los científicos utilizan colisiones de iones pesados (partículas con carga eléctrica) para producir un gran número de quarks pesados encanto y fondo. Estos quarks son excelentes sondas de la formación de QGP. Específicamente, la recombinación de quarks encanto y fondo que se mueven libremente facilita la producción de mesones Bc —partículas hechas de un número igual de quarks y antiquarks— cuando el QGP decae.
El Impacto
Un QGP formado en colisiones de iones pesados de alta energía solo dura un corto período de tiempo antes de desintegrarse en miles de partículas que se pueden observar en detectores. Estos detectores rastrean firmas, las señales producidas por tipos específicos de partículas. El descubrimiento y el estudio de la formación de QGP en experimentos de iones pesados requiere firmas que no ocurren en otros tipos de colisiones, como las colisiones protón-protón. En este estudio, los investigadores realizaron simulaciones teóricas de quarks encanto y fondo que difunden a través del QGP. Encontraron que la recombinación de estos quarks mejora la producción de mesones Bc. Este mecanismo no ocurre en colisiones protón-protón y, por lo tanto, puede servir como una firma limpia de la formación de QGP.
Resumen
Investigadores de la Colaboración Temática HEFTY investigaron la recombinación de quarks encanto y fondo en mesones Bc en el QGP. Han desarrollado un modelo de transporte que simula la cinética de los estados ligados de quarks pesados a través de la bola de fuego QGP en expansión formada en colisiones de iones pesados de alta energía. La investigación previa ha utilizado con éxito este modelo para describir la producción de estados ligados encanto-antiencanto y fondo-antifondo, y por lo tanto puede proporcionar predicciones para partículas Bc (estados ligados encanto-antifondo). Los investigadores utilizaron espectros realistas de quarks encanto y fondo, calculados a partir de su difusión a través del QGP, para evaluar sus procesos de recombinación. Los resultados muestran un gran aumento del rendimiento Bc en colisiones de núcleos de plomo (Pb), en relación con el de las colisiones de protones. El efecto más grande se predice para mesones Bc de movimiento lento en colisiones “de frente” de los núcleos de Pb, donde se forma una gran bola de fuego QGP con un número apreciable de quarks encanto y fondo.
Los cálculos teóricos concuerdan con los datos pioneros de la colaboración CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Sin embargo, los datos aún no son sensibles a los mesones Bc de movimiento lento; por lo tanto, los datos futuros proporcionarán una prueba crítica de esta firma QGP.
Financiamiento
Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía, Oficina de Física Nuclear a través de la Colaboración Temática en Teoría Nuclear sobre Teoría de Sabor Pesado (HEFTY) para la Materia QCD. Esta investigación también fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.
