Las colisiones del LHC revelan la geometría nuclear cambiante del oxígeno y el neón

El Gran Colisionador de Hadrones ha producido nuevos conocimientos sobre la estructura interna de los átomos de oxígeno y neón a través de colisiones de alta energía, revelando aspectos previamente desconocidos de su geometría nuclear. Los investigadores que utilizaron los datos del detector CMS observaron patrones de flujo distintos en las colisiones oxígeno-oxígeno y neón-neón, ofreciendo una imagen más clara de cómo están estructurados los núcleos de estos elementos.

El experimento se llevó a cabo en la instalación del CERN, donde el LHC acelera haces de protones e iones pesados a velocidades cercanas a la velocidad de la luz antes de colisionarlos. En este caso, las colisiones involucraron núcleos de oxígeno y neón, cada uno compuesto de múltiples protones y neutrones dispuestos dentro de un núcleo. A diferencia de los núcleos más pesados como el uranio, que se han estudiado ampliamente en experimentos anteriores, el oxígeno y el neón ofrecen una oportunidad única para examinar los efectos de la geometría nuclear debido a sus composiciones relativamente más simples.

El estudio se centró en el análisis del flujo colectivo de partículas emitidas durante estas colisiones, que pueden actuar como una firma de la forma inicial de los núcleos antes de que se rompan. Cuando los núcleos atómicos chocan a energías extremas, se transforman momentáneamente en un estado altamente energético conocido como plasma de quarks-gluones, una fase de la materia que se cree que existió poco después del Big Bang. A medida que este plasma se enfría y se expande, emite partículas que llevan información sobre la dinámica de la colisión. Mediante la medición de la dirección y la velocidad de estas partículas salientes, los físicos pueden inferir la configuración inicial de los núcleos.

En el caso del oxígeno y el neón, los investigadores encontraron que el flujo de las partículas cargadas variaba dependiendo de la naturaleza central de la colisión, lo que sugiere que los núcleos tenían diferentes geometrías iniciales. El estudio comparó los resultados experimentales con modelos teóricos de la estructura nuclear. Cálculos nucleares anteriores habían sugerido que el oxígeno-16 podría tener una disposición tetraédrica de sus nucleones, mientras que el neón-20 podría parecerse a una forma más alargada, de "bolín". Los nuevos datos apoyan estas hipótesis, mostrando que los patrones de flujo en las colisiones oxígeno-oxígeno y neón-neón difieren significativamente.

Estas diferencias, según los investigadores, provienen principalmente de variaciones en la geometría inicial de los núcleos, reforzando la idea de que la estructura de los núcleos atómicos no es estática, sino que está influenciada por su dinámica interna. 36 TeV por par de nucleones. Los investigadores emplearon simulaciones avanzadas de dinámica de fluidos para modelar el comportamiento del plasma de quarks-gluones y compararlo con los flujos de partículas observados. Los resultados indican que el movimiento colectivo de las partículas en estas colisiones se alinea con las predicciones basadas en las geometrías nucleares asumidas, validando aún más los modelos utilizados en física nuclear.

Mirando hacia el futuro, los hallazgos abren nuevas vías para estudiar las propiedades estructurales de los núcleos ligeros. Los experimentos futuros pueden explorar cómo estas características geométricas influyen en otros fenómenos físicos, como el comportamiento de la materia nuclear en condiciones extremas. El trabajo también destaca la importancia de las mediciones de precisión en la comprensión de las fuerzas fundamentales que rigen la estructura de la materia.