30/01/2022

Detectada la "partícula X" del principi dels temps al Gran Col·lisionador d'Hadrons

La misteriosa partícula revelarà informació sobre els primers moments de l'univers. 

Els físics del destructor d'àtoms més gran del món han detectat una misteriosa partícula primordial del principi dels temps.

Un centenar de partícules "X" de curta vida -així anomenades per la seva estructura desconeguda- van ser detectades per primera vegada enmig de bilions d'altres partícules dins del Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC), l'accelerador de partícules més gran del món, situat a prop de Ginebra al CERN (l'Organització Europea per a la Recerca Nuclear).


Clic per engrandir. La partícula es va produir dins del Gran Col·lisionador d'Hadrons del
CERN. (Crèdit de la imatge: Shutterstock)

Aquestes partícules X, que probablement van existir en les més petites fraccions de segon després del Big Bang, van ser detectades dins d'una sopa de partícules elementals anomenat plasma de quark-gluons, format al LHC en xocar ions de plom. En estudiar les partícules X cabdals amb més detall, els científics esperen construir la imatge més precisa fins ara dels orígens de l'univers. Van publicar els seus resultats el 19 de gener a la revista Physical Review Letters

"Això només és el principi de la història", va dir en un comunicat l'autor principal, Yen-Jie Lee, membre de la col·laboració CMS del CERN i físic experimental de partícules de l'Institut Tecnològic de Massachusetts. "Hem demostrat que podem trobar un senyal. En els propers anys, volem utilitzar el plasma de quark-gluó per sondejar l'estructura interna de la partícula X, cosa que podria canviar la nostra visió de quin tipus de material hauria produït l'univers".

Els científics remunten els orígens de les partícules X a unes poques milionèsimes de segon després del Big Bang, quan l'univers era una sopa de plasma sobreescalfada a un bilió de graus plena de quarks i gluons, partícules elementals que aviat es van refredar i es van combinar en els protons i neutrons més estables que coneixem avui.

Just abans d'aquest ràpid refredament, una petita fracció dels gluons i els quarks van col·lidir, pegant-se per formar partícules X de molt curta durada. Els investigadors no saben com es configuren les partícules elementals per formar l'estructura de la partícula X. Però si els científics aconsegueixen esbrinar-ho, tindran una comprensió molt millor dels tipus de partícules que abundaven durant els primers moments de l'univers.

Per recrear les condicions d'un univers a la seva infància, els investigadors del LHC van disparar àtoms de plom carregats positivament entre si a gran velocitat, fent-los xocar per produir milers de partícules més en una explosió momentània de plasma que s'assembla a la sopa primordial caòtica del univers jove. Aquesta va ser la part fàcil. El més difícil va ser examinar les dades de 13.000 milions de col·lisions d'ions per trobar les partícules X. 


Clic per engrandir. Els físics han trobat proves de l'existència de rares partícules X al plasma de
quark-gluó produït al Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) del CERN. Les troballes podrien
redefinir els tipus de partícules que abundaven a l'univers primitiu. Crèdit: CERN

"En teoria, hi ha tants quarks i gluons al plasma que la producció de partícules X hauria de ser més gran", va dir Lee. "Però la gent pensava que seria massa difícil cercar-les, perquè hi ha moltes altres partícules produïdes en aquesta sopa de quarks". 

Però els investigadors tenien una pista útil per treballar. Encara que els físics de partícules no coneixen l'estructura de la partícula X, sí que saben que hauria de tenir un patró de desintegració molt definit, ja que les partícules "filles" que produeix haurien de sortir disparades a través d'una varietat d'angles molt diferents dels produïts per altres partícules. Aquest coneixement ha permès als investigadors crear un algorisme que detecta els signes reveladors de dotzenes de partícules X. 

"És gairebé impensable que puguem extreure aquestes 100 partícules d'aquest enorme conjunt de dades", va dir al comunicat el coautor Jing Wang, físic del MIT. "Cada nit em preguntava: ¿és això realment un senyal o no? I al final, les dades deien que sí".

Ara que els investigadors han identificat la signatura de la partícula X, en poden determinar l'estructura interna. Els protons i els neutrons estan formats per tres quarks estretament units, però els investigadors creuen que la partícula X tindrà un aspecte totalment diferent. Com a mínim, saben que la nova partícula conté quatre quarks, però no saben com estan units. La nova partícula podria estar formada per quatre quarks units amb la mateixa força, la qual cosa la convertiria en una partícula exòtica anomenada tetraquark, o per dos parells de quarks -anomenats mesons- poc units entre si.

"Actualment, les nostres dades coincideixen amb les dues [estructures] perquè encara no tenim prou estadístiques", va dir Lee. "En els propers anys, prendrem moltes més dades per poder separar aquests dos escenaris. Això ampliarà la nostra visió dels tipus de partícules que es van produir abundantment a l'univers primitiu".


Ho he vist aquí.