Nuevo ciclo de colisiones con iones pesados en LHC. ¿Qué hay de nuevo?

Después de haber producido 400 billones de colisiones entre protones, el LHC se prepara para comenzar esta semana las colisiones entre núcleos de plomo, que permiten el estudio del llamado plasma de quarks y gluones. La colaboración LHCb participará, por primera vez, en una toma de datos de dichas colisiones en el LHC. El detector del experimento fue construido específicamente para medir vértices desplazados que se producen copiosamente a bajo ángulo en desintegraciones de partículas que contienen los quarks b (bottom) y c (charm). 
Esto implica que las partes más interiores del detector de vértice estén situadas a una distancia de sólo 7 milímetros del punto de colisión. Con este diseño no se contemplaba que el experimento LHCb tomase datos en colisiones de protones con iones, y mucho menos entre dos iones, ya que en ese escenario se producen enormes cantidades de partículas que podrían dañar este detector.
Sin embargo, la geometría particular, a muy bajo ángulo, del espectrómetro de LHCb, motivó un gran interés en la comunidad de físicos teóricos especializados en la física de iones pesados, pues las medidas en esa región de emisión de partículas cargadas, de J/ψ (formada por un quark c y un antiquark c) y de Υ (formada por un quark b y un antiquark b), tanto en colisiones protón-núcleo como núcleo núcleo, son una fuente de información extraordinaria para conocer la naturaleza de los estados formados en esas colisiones.

Funcionar en condiciones de alta irradiación

Este interés animó a que la colaboración estudiase la posibilidad de participar en las tomas de datos de protón-núcleo, lo que se realizó con extraordinario éxito a principios de 2013. Algunos de resultados de los análisis de esos datos, como el estudio de la producción de J/ψ, han tenido un importante impacto en la investigación de efectos de lo que se llama 'cold-nuclear matter'. Otro efecto observado, de gran importancia, ha sido la detección de correlaciones entre jets de largo rango.
La relevancia de los resultados obtenidos y la singularidad del detector han animado a la colaboración LHCb a participar por primera vez en una toma de datos en la que se hacen colisionar dos iones de plomo. El primer objetivo es hacer funcionar el espectrómetro en unas condiciones de alta irradiación para el que no fue específicamente construido.
La toma de datos incidirá sobre los estudios de la producción de partículas en las regiones de bajo ángulo, que podrían arrojar luz sobre el estado de la materia que se crea en condiciones de alta presión y temperatura como las que hubo en una etapa del universo primitivo (10-5 segundos después del Big-Bang).
Con esta línea, LHCb consolida una ampliación de su programa de física que lo convierte de facto en un experimento de propósito múltiple, después de haber completado o propuesto medidas del sector electrodébil del Modelo Estándar, de física de kaones o de interacciones entre el haz de protones y núcleos de beam gas.
Por Cibrán Santamarina Ríos. Profesor Contratado Doctor de la Universidad de Santiago de Compostela (USC). Participante en la colaboración LHCb.