Ya hay explicación del que fue el primer descubrimiento científico del LHC

Dibujo20130315 Anatomy of a proton-proton collision - explanation of the ridge

El 21 de septiembre de 2010 la colaboración CMS hizo publico el primer descubrimiento científico del LHC en el CERN, la existencia de correlaciones inesperadas en la dirección azimutal Δϕ en los sucesos de alta multiplicidad observados en colisiones protón contra protón (p-p) a 7 TeV c.m. (el famoso “ridge” o “cresta” que se observa muy bien para alta pseudorapidez Δη; hoy sabemos que hay una doble “cresta”). El fenómeno fue observado también por ATLAS y ALICE, y en colisiones ión contra ión (Pb-Pb) y protón contra ión (p-Pb); de hecho, hoy se sabe que RHIC observó su existencia en colisiones d-Au y Au-Au en 2004 y 2006, pero en su momento pasó desapercibido. Durante 2012 se han barajado varias explicaciones, pero parece que la más convincente es la ofrecida por los físicos Kevin Dusling y Raju Venugopalan de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NCSU), EEUU. El origen de la “cresta” es una forma sutil de la interferencia cuántica, un estado condensado de color (color glass condensate) predicho en 2002. Más información técnica para físicos en la interesante charla de Kevin Dusling (North Carolina State University), “Long-range angular correlations by strong color fields in hadronic collisions,” Rencontres de Moriond QCD, Mar 15, 2013 [slides].

La explicación para colisiones p-p se presentó en Kevin Dusling, Raju Venugopalan, “Evidence for BFKL and saturation dynamics from di-hadron spectra at the LHC,” arXiv:1210.3890, 15 Oct 2012, para colisiones p-Pb en Kevin Dusling, Raju Venugopalan, “Explanation of systematics of CMS p+Pb high multiplicity di-hadron data at $\sqrt{s}_{\rm NN} = 5.02$ TeV,” arXiv:1211.3701, 15 Nov 2012, y finalmente la confirmación definitiva en Kevin Dusling, Raju Venugopalan, “Comparison of the Color Glass Condensate to di-hadron correlations in proton-proton and proton-nucleus collisions,” arXiv:1302.7018, 27 Feb 2013. La observación original en CMS Collaboration, “Observation of Long-Range Near-Side Angular Correlations in Proton-Proton Collisions at the LHC,” JHEP 1009: 091, 2010 [arXiv:1009.4122].

Dibujo20130315 low vs high color charge density - glasma graphs enhancement
El campo cromodinámico (QCD) propagado por gluones tiene componentes cromoeléctricas y cromomagnéticas (similares a las componentes eléctricas y magnéticas del campo electromagnético propagado por fotones). En los primeros instantes de una colisión ión-ión (o protón-protón de alta energía y alta multiplicidad), los campos cromoeléctrico y cromomagnético sólo tienen componentes longitudinales, por lo que se forman “tubos” de carga de color en la dirección del eje de la colisión; esta configuración de los campos de color se llama glasma. En las colisiones con baja densidad de carga de color, las colisiones están dominadas por la aparición de chorros hadrónicos (chorros de gluones que se transforman en mesones y bariones) y el efecto del glasma es despreciable (en el desarrollo perturbativo son términos O(α8) despreciables frente a los efectos O(α6) de los chorros; recuerda que la constante cromodinámica de acoplo α decrece con la energía y su valor es menor que la unidad). Sin embargo, en las colisiones con alta densidad de carga de color, el glasma se intensifica hasta llegar a dominar a los chorros(en el desarrollo perturbativo son términos O(1/α2) que dominan a los efectos de los chorros, que son términos O(1), grandes pero no tanto).

Dibujo20130315 associated yield per trigger particle in proton-lead collisions in ALICE

Como muestra la figura que abre esta entrada, la teoría predice la existencia de una doble “cresta” (“ridge”), véase la curva roja a trazos a la izquierda; para observar la segunda “cresta” es necesario eliminar de los datos el pico asociado a los chorros, la curva azul a trazos en la parte izquierda de la figura que abre esta entrada. El resultado, observado por ATLAS y por ALICE en las colisiones proton contra plomo confirma la presencia de ambas “crestas” (aquí muestro en fondo gris azulado la figura de ALICE). Los interesados en la figura de ATLAS y más información divulgativa (para físicos) pueden consultar “ALICE and ATLAS find intriguing ‘double ridge’ in proton–lead collisions,” CERN Courier, Feb 20, 2013.

El nuevo fenómeno, llamado saturación de gluones (o estado condensado de color) predice una termalización que aún no ha sido observada en los experimentos, pero que podría serlo tras el incremento de energía en las colisiones del LHC. Habrá que esperar a las colisiones ión contra ión de finales de 2015. Mientras tanto, los físicos teóricos tendrán que avanzar en su comprensión de este interesante fenómeno en QCD y sobre sus implicaciones en los primeros instantes tras la gran explosión (big bang).

9 pensamientos en “Ya hay explicación del que fue el primer descubrimiento científico del LHC

  1. Los fenómenos que observamos pertenecen al mundo macrofísico donde todo es aparente. Tales como las magnitudes velocidad, aceleración, fuerza, momentum, impulso. Por ejemplo, el movimiento parece continuo, cuando en realidad es discreto a nivel microfísico. Esto se entiende mejor comparándolo con los fotogramas de una película. Foto a foto se aprecia que el movimiento es a saltos, pero al proyectar la película, el movimiento parece continuo.
    Al intentar detectar el mundo microfísico, nos parece que los fenómenos que observamos son partículas interactuando,sin exactitud en sus movimientos, azarozos, laberínticos y caóticos. El propio investigador deforma el propio fenómeno al intentar percibirlo. Por eso, dado que no podemos observar los fenómenos bajo el punto de vista microfísico, estamos obligados a utilizar predicciones estadísticas.
    Louis de Broglie, en un prologo a un libro de David Bohm, se manifestó en contra del Principio de Incertidumbre de Heisenberg: “Las perturbaciones introducidas por la medición nos impiden predecir el resultado que producirán y permiten sólo predicciones estadísticas, por lo que la utilización de fórmulas puramente probabilísticas está justificada. Pero la mayoría de los autores afirma que el carácter incierto e incompleto que nos da la experimentación, es el resultado de una indeterminación real de los estados físicos y su evolución. Tal extrapolación de ninguna manera puede ser justificada”… “Tratar de impedir todo intento de ir más allá del punto de vista actual sobre la física cuántica, podría ser muy peligroso para el progreso de la ciencia y además sería contrario a las lecciones que podemos aprender de la historia de la ciencia. El estado actual de nuestro conocimiento es siempre provisional y deben existir, más allá de lo que actualmente se conoce, inmensas regiones nuevas por descubrir. Detrás del universo de nuestra percepción se puede encontrar un mundo oculto microfísico gobernado por la causalidad, pero que todavía no ha sido descubierto”
    Eso es lo que yo he intentado con mi Teoría Cuántica de la Energía Oscura y creo haberlo conseguido.

      • La energía es la única sustancia material que existe y la energía oscura ocupa todos los espacios, las partículas elementales y las cargas eléctricas, siendo susceptible de deformarse. La fisica actual trabaja con magnitudes que desconoce y con teorías incompletas, defectuosas o abstractas. Para corregir esas deficiencias y explicar tantos misterios, he escrito un libro: “La materia, energía oscura”, que contiene las bases de la Física Cuántica, la Teoría Cuántica del Movimiento (TCM) y la Teoría Cuántica de los Campos Unificados (TCCU), y el paso de la microfísica a la macrofísica.

    • “Al intentar detectar el mundo microfísico, nos parece que los fenómenos que observamos son partículas interactuando, sin exactitud en sus movimientos, azarosos, laberínticos y caóticos. El propio investigador deforma el propio fenómeno al intentar percibirlo. Por eso, dado que no podemos observar los fenómenos bajo el punto de vista microfísico, estamos obligados a utilizar predicciones estadísticas”.

      Estoy de acuerdo, pero permite que deslice una observación. El que estudia y detecta el mundo micro es un observador macro, el propio observador es un conglomerado de partículas atómicas y subatómicas que no necesariamente deforma lo observado puesto que lo observado (el mundo micro de las partículas) forma un continuo con él. Los movimientos de las partículas no pueden ser laberínticos, caóticos y azarosos porque de ser así la cartografía del mundo cuántico no es posible. El hecho de que se usen predicciones estadísticas se explica, en parte, por la velocidad de las partículas y por su aparente no gravedad, pero éstas son propiedades del mundo micro que no obliga a afirmar que ese mundo es azaroso, caótico y laberíntico.

      • Da gusto discutir con una persona abierta a nuevas ideas, su comentario demuestra que es usted una persona muy inteligente. De todas formas, lo importante es entender que el uso de leyes probabilisticas deriva de la incompletitud de la teoria cuantica y de la invalidez de las teorias relativistas de Einstein, como explico en mi libro. Si lee el texto del siguiente foro y algunos de los comentarios http://www.tendencias21.net/La-materia-es-en-realidad-energia-oscura_a5097.html encontrará una introducción a mis ideas.

  2. Francis, como no tenía ni idea del tema, me he metido por ahí.

    “The new kind of matter is called color-glass condensate, and is a liquidlike wave of gluons”

    Desde mi punto de vista, lo que los físicos españoles estáis empezando a traducir por <> debería a lo mejor traducirse por <>

    Lo que los españoles llamamos cristales (de las ventanas) se caracterizan por ser un líquido solidificado, y no un cristal.

    • Abuela, en España se suele decir “condensados de color” a secas. Lo cambio.

  3. por alguna extraña razon se haMe refiero a que en ingles glass es vidrio y cristal es cristal, mientras que nosotros no usamos a penas vidrio, y usamos cristal par los dos tipos de material.

    Pienso que sería mas clarificador decir en este caso “estado condensado “vítreo” de color”.

  4. Un efecto colateral…
    La energía es radiada o absorbida en paquetes… el espacio y el tiempo son discontinuos ya que la única forma de informarnos de ellos es como parámetros del movimiento de la energía (variación ) de un nivel alto a uno bajo (diferencia de potencial)… el espacio-tiempo… estaría granulado, si es que existe.
    El estado condensado de la materia… es la prueba de que todos las partículas son lo mismo… lo que varía es su información. La medición de un parámetro colapsa la función de onda, lo que observamos es una función de onda resultante. Lo que se observa depende del observador.
    Y si agregamos que cada teoría aísla la “realidad” de forma arbitraría nuestras explicaciones para casi cualquier cosa… será un modelo muy borroso. Por eso asombra la “certeza” de las afirmaciones teológico-filosóficas, lo que yo llamo “certeza metafísica”.
    Los fenómenos ahora se pueden explicar en estos términos, algunas partículas pueden ser creadas en la medición (absorción o introducción de energía) de un sistema radiante. Para los que estudiamos sistemas radiantes y microondas sabemos que una antena radia la energía de acuerdo a su impedancia característica (impedancia de salida en un generador) y su eficiencia (su capacidad para radiar energía), la cual depende de la carga. En la observación de un fenómeno el observador actúa como la impedancia de carga. Hay otros factores… el transporte de energía se ve afectada por el cambio de un medio a otro… lo que ocurre es que el sistema intercambia energía con los medios que atraviesa, y su frente de onda se inclina en la dirección del movimiento de la onda (frente esférico) por la pérdida de potencia, las ondas se vuelven superficiales y pueden ser guiadas por el medio mismo en que se propaga la onda. Las radiaciones que puedan ser detectadas por un instrumento de medición de ROE provocan ROE. No sería raro que algunas anomalías “profundas” en el comportamiento de la naturaleza se deban a este efecto colateral.
    Resumiendo… mi visón del mundo se ve afectada por mi desarrollo tecnológico y los supuestos teóricos, los que son extensiones de mi bagaje para la supervivencia a lo Darwin, incluyo la religión la magia y la ciencia, como estadios necesarios para sobrevivir como “yo”, el “yo” protege su integridad… siempre. No confundir esto con el espíritu absoluto tipo Hegel, “yo” soy menos etéreo, incluso mi moralidad obedece a razones prácticas de cohesión social… no hay aquí una realización de valores absolutos por parte de un espíritu absoluto… la dicotomía espíritu-cuerpo es una falsedad… descarriladora desde hace cuatro mil y pico de años… desde el lenguaje.
    El uso del lenguaje nos hace creer que existe otro “yo” que no soy “yo” por el simple hecho de poder expresarlo como discurso (fluyente en un tiempo).
    Un largo rodeo para decir que nos podemos equivocar con mucha facilidad por muy largo tiempo.
    Hay que tomar conciencia y estimar el tamaño del error e introducirlo en la función de realimentación… saber cómo afecta la función de transferencia de lazo abierto.
    Saludos JGR

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