El Plasma de Quark-Gluones y el Tamaño de los Nucleones

^{Por: Amal Pushp, Físico Afiliado de Resonance Science Foundation}  

El núcleo atómico de un átomo está formado por protones y neutrones unidos mediante una interacción nuclear fuerte. Por ello, los protones y los neutrones también se denominan nucleones. Además, los protones y los neutrones tienen una subestructura interna y están formados por una combinación de quarks up y down, así como de gluones, que son partículas mediadoras de la fuerza fuerte. Los físicos suelen investigar la estructura de los nucleones con colisiones de partículas en aceleradores. En concreto, el desarrollo del modelo de los quarks en la física de partículas surgió al investigar la dispersión inelástica profunda de electrones en protones y neutrones ligados, por lo que los investigadores también recibieron un premio Nobel en 1990.  

¿Qué ocurre cuando calentamos núcleos atómicos a altas temperaturas? Acabamos alcanzando un nuevo estado de la materia llamado plasma de quark-gluones.  El plasma de quark-gluones puede definirse como un estado de la materia en el que las partículas elementales que componen los hadrones de la materia bariónica se liberan de su fuerte atracción mutua bajo densidades de energía extremadamente altas. Estas partículas elementales están formadas por quarks y gluones. El plasma de quark-gluones se produce principalmente cuando la temperatura es tan alta que los protones y neutrones se funden literalmente. Los físicos intentan sondear este estado de la materia en colisiones de alta energía en aceleradores de partículas de todo el mundo con el objetivo de conocer mejor sus propiedades e interacciones. 

La formación del plasma de quark-gluones es importante porque imita las primeras condiciones de nuestro universo, casi 20μs después del Big Bang. Por ello, se está investigando en instalaciones como el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC), situado en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, para recrear el escenario del Big Bang y estudiar las condiciones de alta energía que dieron lugar a la génesis de la materia a partir de las partículas elementales que constituyen el plasma de quark-gluones. 

Recientemente, basándose en un modelo avanzado de colisión núcleo-núcleo y en la evolución hidrodinámica del plasma de quark-gluones producido como resultado de la colisión, un equipo de físicos estableció nuevos límites para el tamaño de los nucleones [1]. Según su artículo publicado en PRL, esto tiene un gran potencial a la hora de estudiar las colisiones de iones pesados y se supone que establece una sólida conexión entre los datos de flujo en los experimentos núcleo-núcleo y los datos de dispersión inelástica profunda en protones y neutrones que constituyen el núcleo atómico en colisión. 

Un modelo que asume protones y neutrones más pequeños y una disposición "más gruesa" de estos bloques de construcción (izquierda) se ajusta a los datos experimentales sobre la densidad de energía inicial en las colisiones de iones pesados mejor que un modelo con protones y neutrones más grandes y una estructura más suave (derecha). Crédito: Brookhaven National Laboratory 

RSF en Perspectiva: 

El trabajo descrito anteriormente permite comprender la relación entre el plasma de quark-gluones y el tamaño de los protones y neutrones. Curiosamente, el físico Nassim Haramein, ha propuesto múltiples descubrimientos relacionados con los protones. Proporcionó una estimación del radio de carga del protón, cuyo valor del modelo estándar estaba en desacuerdo en un 4% [2]. También comparó el modelo de los protones con los agujeros negros cosmológicos, y teorizó que un protón, en muchos aspectos, es similar a un agujero negro de Schwarzschild [3].   

También se ha explicado en un artículo anterior por la investigadora de RSF, Dra. Ines Urdaneta que el protón ha sido incorporado como la unidad holográfica del universo en el Modelo Holográfico Generalizado (GHM) de Haramein. El modelo GHM sugiere que el protón contiene toda la información y que también proporciona una resolución al viejo problema de la desintegración del protón. Se aconseja al lector que lea su artículo para comprender el contexto completo.  

Por lo tanto, es explícito que el modelo GHM y las consecuencias planteadas por el plasma de quark-gluones, algunas de las cuales se han descrito en este artículo, van muy bien juntas y con el desarrollo del nuevo trabajo, que tiene como objetivo unificar las fuerzas fundamentales utilizando la dinámica del plasma de Planck, se espera que descubramos más propiedades del QGP, incluyendo nuevos conocimientos sobre su fractalidad que ya se ha realizado en la comunidad de físicos. 

Referencias: 

[1] Giuliano Giacalone et al, Constraining the Nucleon Size with Relativistic Nuclear Collisions, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.042301 

[2] Haramein, N. (2012). Quantum Gravity and the Holographic Mass, Physical Review & Research International, ISSN: 2231-1815, Page 270-292. 

[3] Haramein, N. (2010). The Schwarzschild Proton, AIP Conference Proceedings, CP 1303, ISBN 978-0-7354-0858-6, pp. 95-100.