En el Gran Colisionador de Hadrones no solo chocan protones, sino también núcleos atómicos completos. Cuando dos núcleos chocan a gran velocidad, se genera un diminuto volumen de materia sobrecalentada, tan caliente que los protones y neutrones se funden y se convierten en una 'sopa' de quarks y gluones. A través de esta sopa, como a través de un medio denso, se abren paso partículas rápidas.
Cada una de estas partículas pierde energía como una bala que atraviesa el agua: cuanto mayor es la distancia recorrida, más fuerte es el frenado. Los físicos de la colaboración CMS en el Gran Colisionador de Hadrones han medido por primera vez cómo este frenado depende del tamaño de los núcleos que chocan. Compararon colisiones de núcleos de neón, oxígeno, xenón y plomo.
Las pérdidas de energía aumentan suavemente con el tamaño del núcleo, como si la partícula se abriera paso a través de una sección cada vez más larga de la densa 'sopa'. Los modelos simples que solo tienen en cuenta el estado inicial de los núcleos no pueden explicar estas pérdidas. En cambio, los modelos en los que la partícula pierde energía a lo largo de su trayectoria describen perfectamente los datos a altas energías de las partículas.
Este resultado es un paso más hacia la comprensión de las propiedades de la materia más caliente que se puede crear en la Tierra. Se asemeja al medio que llenaba el Universo en los primeros microsegundos después del Big Bang.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2602.21325
High-energy partons lose energy while propagating through the hot, strongly interacting medium produced in ultrarelativistic nucleus-nucleus collisions, leading to a suppression of particle production at high transverse momentum ($$p_\mathrm{T}$$). The dependence of this energy loss on the size of the colliding nuclear system has yet to be firmly established experimentally. This Letter presents a systematic study of charged-particle suppression across four different nucleus-nucleus collision systems using nuclear modification factors ($$R_\mathrm{AA}$$) measured by the CMS Collaboration at the CERN LHC. Previous CMS measurements of $$R_\mathrm{AA}$$ in oxygen-oxygen, xenon-xenon, and lead-lead collisions are recast with identical $$p_\mathrm{T}$$ intervals and are complemented by the first measurement of the charged-particle $$R_\mathrm{AA}$$ in neon-neon collisions at $$\sqrt{s_\mathrm{NN}}$$ = 5.36 TeV. The neon-neon data correspond to an integrated luminosity of 0.76 nb$$^{-1}$$. The $$R_\mathrm{AA}$$ in all collision systems examined show similar qualitative trends as a function of $$p_\mathrm{T}$$, but have a magnitude which is ordered with the nucleon number A. The $$R_\mathrm{AA}$$ feature a downward slope at low $$p_\mathrm{T}$$, a local minimum at around 5$$-$$7 GeV, and an upward slope with increasing $$p_\mathrm{T}$$. The $$R_\mathrm{AA}$$ are also compared in terms of A$$^{1/3}$$, which is proportional to the nuclear radius. Models including only initial-state nuclear effects fail to reproduce the observed trends, whereas energy loss models reproduce the trends in the region $$p_\mathrm{T}$$ $$\gt$$ 9.6 GeV.
El núcleo de plomo es 208 veces más pesado que el protón, pero en las colisiones del Gran Colisionador de Hadrones se acelera hasta el 99,999999% de la velocidad de la luz.
En la novela 'El problema de los tres cuerpos' de Liu Cixin, los extraterrestres utilizan partículas subatómicas para transmitir señales; con partículas similares, los físicos 'sondan' el plasma de quarks y gluones.