Novas descobertas dos físicos nucleares experimentais da Universidade de Kansas Daniel Tapia Takaki e Aleksandr (Sasha) Bylinkin acabaram de ser publicadas no European Physical Journal C . O artigo centra-se no trabalho no Compact Muon Solenóide, um experimento no Large Hadron Collider, para entender melhor o comportamento dos glúons.

Gluons são partículas elementares responsáveis ​​por "colar" quarks e anti-quarks para formar prótons e nêutrons - então, os glúons desempenham um papel em cerca de 98% de toda a matéria visível do universo.

Experimentos anteriores no agora desativado colisor elétron-próton HERA encontrado quando os prótons são acelerados perto da velocidade da luz, a densidade dos glúons dentro deles aumenta muito rapidamente.

"Nesses casos, glúons se dividem em pares de glúons com energias mais baixas, e esses glúons se dividem posteriormente, e assim por diante, "disse Tapia Takaki, Professor associado de física e astronomia da KU. "Em algum ponto, a divisão dos glúons dentro do próton atinge um limite no qual a multiplicação dos glúons para de aumentar. Tal estado é conhecido como o 'condensado de vidro colorido, 'uma fase hipotética da matéria que se pensa existir em prótons de energia muito alta e também em núcleos pesados. "

O pesquisador KU disse que os resultados experimentais mais recentes de sua equipe no Relativistic Heavy Ion Collider e no LHC parecem confirmar a existência de tal estado dominado por glúons. As condições exatas e a energia precisa necessária para observar a "saturação de glúon" no próton ou em núcleos pesados ​​ainda não são conhecidas, ele disse.

"Os resultados experimentais do CMS são muito empolgantes, dando novas informações sobre a dinâmica do glúon no próton, "disse Victor Gonçalves, professor de física da Universidade Federal de Pelotas, Brasil, que estava trabalhando na KU sob um Brasil-EUA. Docente conferida conjuntamente pela Sociedade Brasileira de Física e pela American Physical Society. "Os dados nos dizem quais são os tamanhos de energia e dipolo necessários para nos aprofundarmos no regime dominado pelo gluônico, onde os efeitos não lineares da QCD se tornam dominantes."

Embora os experimentos no LHC não estudem diretamente a interação do próton com as partículas elementares, como as do colisor HERA tardio, é possível usar um método alternativo para estudar a saturação de glúons. Quando prótons (ou íons) acelerados se perdem, interações de fótons ocorrem com o próton (ou íon). Esses quase acidentes são chamados de colisões ultraperiféricas (UPCs), pois as interações de fótons ocorrem principalmente quando as partículas em colisão estão significativamente separadas umas das outras.

"A ideia de que a carga elétrica do próton ou íons, quando acelerado em velocidades ultra-relativísticas, fornecerá uma fonte de fótons quase-reais não é nova, "Tapia Takaki disse." Foi discutido pela primeira vez por Enrico Fermi no final dos anos 1920. Mas foi apenas a partir dos anos 2000 no colisor RHIC e mais recentemente nos experimentos do LHC que esse método foi totalmente explorado. "

O grupo de Tapia Takaki desempenhou um papel significativo no estudo de colisões ultraperiféricas de íons e prótons em dois instrumentos no Grande Colisor de Hádrons, primeiro na Colaboração ALICE e mais recentemente com o detector CMS.

"Temos agora uma infinidade de resultados interessantes em colisões ultraperiféricas de íons pesados ​​no Grande Colisor de Hádrons do CERN, "disse Bylinkin, pesquisador associado do grupo. "A maioria dos resultados tem se concentrado em seções transversais integradas de mésons vetoriais e, mais recentemente, em medições usando jatos e no estudo de espalhamento luz por luz. Para o estudo da produção de mésons vetoriais, agora estamos fazendo medições sistemáticas, não apenas exploratórias. Estamos particularmente interessados ​​no estudo da dependência energética da transferência de momento na produção de mésons vetoriais, pois aqui temos a oportunidade única de determinar o início da saturação do glúon. "

Os pesquisadores disseram que o trabalho é significativo porque é o primeiro estabelecimento de quatro pontos medidos em termos de energia da interação fóton-próton e em função da transferência de momento.

"Experimentos anteriores no HERA tinham apenas um único ponto de energia, "Tapia Takaki disse." Para nosso resultado recente, o ponto mais baixo em energia é cerca de 35 GeV e o mais alto é cerca de 180 GeV. Isso não soa como um ponto de energia muito alto, considerando que, para medições recentes de J / psi e Upsilon de UPCs no LHC, estudamos processos de até 1000 GeV. O ponto-chave aqui é que, embora a energia seja muito mais baixa em nossos estudos Rho0, o tamanho do dipolo é muito grande. "

De acordo com os membros da equipe, muitas perguntas permanecem sem resposta em sua linha de pesquisa para melhor compreender a composição de prótons e nêutrons.

"Sabemos que no colisor HERA já havia dicas para efeitos QCD não lineares, mas há muitas questões teóricas que não foram respondidas, como o início da saturação de glúon, e há pelo menos dois modelos principais de saturação que ainda não sabemos qual é o mais próximo do que a natureza diz que o próton é, "disse Gonçalves." Usamos os resultados mais recentes da colaboração CMS e os comparamos com os modelos lineares e não lineares inspirados em QCD. Nós observamos, pela primeira vez, que os dados CMS mostram um desvio claro do modelo QCD linear em seu ponto de energia mais alto. "