Se acaba de desarrollar un nuevo método para estudiar la deformación de los núcleos atómicos basado en el hecho, recientemente revelado, de que los experimentos de colisión nuclear se realizan en colisionadores de alta energía (En el sentido común, energía designa todo aquello que hace posible llevar a cabo trabajo, fabricación…), como el colisionador (Un colisionador es un tipo de acelerador de partículas en el que intervienen haces…) de iones pesados Relativistas (RHIC) en el BNL o el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, son sensibles a la forma de los isótopos implicados en dichas colisiones. Así, una colaboración entre teóricos de alta y baja energía, incluidos investigadores de Irfu, demostró que es posible obtener información cuantitativa sobre deformaciones nucleares y mostró que el isótopo (El núcleo de un átomo está compuesto en primera aproximación por protones y neutrones. En física…) 129Xe tiene forma triaxial, es decir un esferoide (Un esferoide o elipsoide de rotación es una superficie cuádrica en 3 dimensiones obtenida por…) con tres ejes desiguales. Este resultado representa la primera prueba de triaxialidad para un estado fundamental nuclear (El término energía nuclear tiene dos significados según el contexto) obtenida en experimentos de alta energía. Además, allana el camino para futuras investigaciones apasionantes en la interfaz (Una interfaz es un área, real o virtual, que separa dos elementos. La interfaz…) de la física nuclear (La física nuclear es la ciencia que estudia no solo el núcleo como…) de bajas y altas energías.
Figura 1. Ilustración de una colisión frontal entre dos núcleos atómicos realizada en un colisionador de iones pesados. Los núcleos, deformados en su estado fundamental, se orientan aleatoriamente durante su paso por el tubo del haz y la forma de su zona de superposición (Una superposición de un conjunto X es un conjunto P de subconjuntos no vacíos de X tales que l’ unión…) puede variar de circular a elíptica. La expansión del medio creado en el plano perpendicular (En geometría plana, decimos que dos rectas son perpendiculares cuando se cortan en…) al haz (x,y) está controlada por un campo (Un campo corresponde a un noción de espacio definido:) de fuerza (La palabra fuerza puede designar un poder mecánico sobre las cosas, y también, metafóricamente, un…) F que presenta la misma anisotropía (Anisotropía (lo contrario de isotropía) es la propiedad de ser dirección- dependiente….) que el área superpuesta. Tenga en cuenta que en el marco del laboratorio, los dos núcleos se verían como panqueques delgados, apretados en la dirección z del haz, debido a una fuerte contracción de Lorentz.
Figura 2. Regiones de superposición anisotrópica en colisiones nucleares. Izquierda: una colisión de núcleos esféricos rompe la anisotropía en el plano transversal debido al parámetro de impacto finito. Derecha: una colisión central de núcleos deformados rompe la anisotropía debida a la forma no esférica de los cuerpos en colisión.
Interpretar el comportamiento colectivo de los núcleos atómicos en términos de formas distorsionadas es fundamental para nuestra comprensión de los diversos fenómenos emergentes que exhiben y que se manifiestan en condiciones y escalas de energía muy diferentes, que van desde la energía nuclear (el término energía nuclear tiene dos significados dependiendo de el contexto:) hasta los procesos astrofísicos. Experimentalmente, la deformación nuclear se estudia tradicionalmente realizando experimentos de baja energía. Recientemente, sin embargo, una colaboración de físicos (un físico es un científico que estudia el campo de la física, es decir…) se dio cuenta de que también se podía acceder a la forma de los núcleos en experimentos de colisión de iones de alta energía.
Figura 3. Flujo elíptico en colisiones X+X dividido por flujo elíptico en colisiones Y+Y en función de la centralidad de la colisión. De hecho, en tales colisiones, la geometría (la geometría es la parte de las matemáticas que estudia las formas del espacio…) la mejilla (la mejilla es la parte de la cara que cubre la cavidad bucal, cerrada por…) role. Como se muestra en la figura. 1, cuando chocan dos núcleos deformados, la geometría del área superpuesta estará restringida por la geometría de los dos núcleos. Si esta zona no es un disco (La palabra disco se usa, tanto en geometría como en la vida cotidiana, para designar a…) sino una elipse, provocará una deformación de la distribución de hadrones en el plano perpendicular al haz. , que será detectado en el estado final de la colisión. Esta deformación de la distribución de los hadrones se denomina flujo elíptico y, en última instancia, puede vincularse a la asimetría inicial (La asimetría es la ausencia de simetría, o su inversa. En la naturaleza, los cangrejos…) la zona de interacción (Una interacción es un intercambio de información, afectos o energía entre dos agentes dentro…). Sin embargo, la deformación nuclear no siempre es la única fuente de flujo elíptico. Como se muestra en la Figura 2, en el caso de núcleos esféricos, pero colisiones no centrales (lado izquierdo), la región de interacción se distorsiona y genera un flujo elíptico. Por lo tanto, la selección de los eventos más centrales es crucial para estudiar la forma de los núcleos.
Figura 4. Las colisiones frontales a pequeños valores del momento transversal promedio (El promedio es una medida estadística que caracteriza los elementos de un conjunto de…) de los hadrones detectados permiten aislar las configuraciones que maximizan la superposición zona Dependiendo del valor del ángulo (En geometría, la noción general de ángulo viene en varios conceptos…) controlando el desequilibrio de longitud (La longitud de un objeto es la distancia entre sus dos extremos…) ejes de la deformada (¿etiquetadas?) esferoides, configuraciones de colisión de baja cantidad varían entre geometrías que rompen la simetría tanto como sea posible (generalmente el término simetría se refiere a la existencia, en un …) azimutal (? = 0 °) y geometrías azimutales simétricas (?=60°). ¿Podemos traducir estas consideraciones geométricas en estimaciones cuantitativas? Resulta que las colisiones de isobaras (es decir, de nucleidos que tienen un número (La noción de número en lingüística se trata en el artículo «Número…) diferente de los protones pero con el mismo número de nucleones) hacen posible para hacer esto muy limpiamente. De hecho, si los dos nucleidos se caracterizan por la misma forma y el mismo número de nucleones, se producirá el mismo flujo elíptico durante las colisiones, y la relación de los flujos elípticos será igual a uno. Por el contrario, cualquier desviación significativa de la unidad indica diferentes deformaciones iniciales de los dos núcleos. En particular, la colaboración demostró que tal desviación puede estar relacionada con parámetros de forma específicos de las dos isobaras. [1]. Luego, las simulaciones de Monte Carlo confirmaron que el efecto es grande y proporcionaron predicciones (Les Foúrnoi Korséon (griego: Φούρνοι…) para dos conjuntos de colisiones isobáricas, a saber, 96Ru frente a 96Zr y 154Sm frente a 154Gd (consulte la figura 3, donde las proporciones son significativamente exceder la unidad hacia cero centralidad (El número cero (del italiano cero, derivado del árabe sifr, …), es decir, para colisiones Recientemente, la colaboración STAR (uno de los detectores RHIC en Brookhaven, EE. UU.) publicó datos experimentales sobre la primer caso que confirma esta predicción.
Poco después, se logró otro gran avance, basado en el hecho de que el momento promedio de los hadrones producidos (nuevamente en el plano perpendicular al haz) puede usarse para evaluar la orientación (en el sentido literal, la orientación significa o materializa la dirección del haz). Orientación (amanecer…) relativa a los dos núcleos en el punto (Graphie) de colisión Para las colisiones de un isótopo dado (distorsionado), esto puede aprovecharse para seleccionar eventos en los que el área de superposición es máxima Es importante señalar que la forma de esta área superpuesta será diferente (En matemáticas, lo diferente se define en la teoría algebraica de…) dependiendo de si el núcleo tiene una deformación alargada, achatada o triaxial (esta última denota un esferoide con tres ejes desiguales, ver Figura 4).
Figura 5. Resultados teóricos y experimentales de la correlación entre el flujo elíptico y el momento transversal medio. Los símbolos representan las medidas preliminares de la colaboración ATLAS (CERN). Arriba: la evolución del coeficiente de correlación de Pearson en función de la centralidad de las colisiones 208Pb-208Pb y 129Xe-129Xe. Abajo: su informe. En consecuencia, el flujo elíptico observado nos permite distinguir estas posibilidades, es decir, determinar el parámetro γ que controla el desequilibrio de longitud de los ejes del esferoide deformado. Este parámetro varía de 0° (forma alargada u oblonga) a 60° (forma achatada). Los teóricos de Irfu, Madrid (Madrid es la capital de España. La ciudad más grande y poblada del país, es…), Lyon y Heidelberg (Heidelberg es una ciudad de Alemania situada en el valle del Neckar, al noroeste de. ..) verificó estos resultados realizando cálculos de estructura nuclear (El conocimiento de la estructura de los núcleos atómicos, o la estructura nuclear es uno de…) de la punta del núcleo 129Xe, luego simulaciones de Monte Carlo para las colisiones relativistas de estos isótopos [2]. Los resultados se presentan en la figura 5 y una diferencia neta (El término Net es un nombre vernáculo atribuido en francés a varias especies…) en lo observable (En el formalismo de la mecánica cuántica, una operación de medida (c’ i.e…. ) considerado (aquí el correlador de Pearson) se puede observar entre los núcleos achatados (curva punteada azul) y los núcleos alargados (curva punteada verde). Las configuraciones triaxiales se encuentran entre los dos (curva punteada roja (El color rojo responde a diferentes definiciones, dependiendo del sistema cromático que estemos haciendo…), mientras que las curvas negras sólidas corresponden al resultado obtenido para un núcleo esférico, 208Pb.
Comparación de resultados teóricos con datos preliminares de la colaboración ATLAS en el CERN [3] indica que el 129Xe tiene una forma triaxial (ver Fig. 5), con parámetros de deformación compatibles con los del vecino 130Xe, determinados recientemente en un experimento de baja energía [4]. Este resultado representa la primera prueba de triaxialidad para un estado fundamental nuclear obtenido en experimentos de alta energía. Además, allana el camino para futuras investigaciones emocionantes en la interfaz de la física nuclear de baja y alta energía (Física (del griego φυσις, naturaleza) es etimológicamente la…) nuclear.
Referencias:
[1] G. Giacalone, J. Jia, V. Somà, Phys. Rvdo. C 104 L041903 (2021)
[2] B. Bally, M. Bender, G. Giacalone, V. Somà, Phys. Rev. Lett. 128 082301 (2022)
[3] La colaboración ATLAS, arXiv:2205.00039 (2022)
[4] L. Morrison y col., Phys. Rev. C 102 054304 (2020)
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