MADRID, 2 Oct. (EUROPA PRESS) -
Un estudio con los primeros datos de acceso abierto de un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha confirmado la existencia de patrones universales en partículas subatómicas.
En concreto, los datos del experimento CMS (Compact Muon Solenoid) revelan, por primera vez, una característica fija traducible a una ecuación dentro de chorros de partículas subatómicas, que se producen cuando los protones de alta energía chocan. Su esfuerzo representa el primer análisis independiente y publicado de los datos abiertos del CMS.
En noviembre de 2014, en un primer e inesperado movimiento para el campo de la física de partículas, el experimento CMS -uno de los principales detectores del acelerador de partículas más grande del mundo, el LHC- dio a conocer al público un inmenso cantidad de datos, a través de un sitio web llamado CERN Open Data Portal.
Los datos, registrados y procesados a lo largo del año 2010, ascendieron a unos 29 terabytes de información, producidos a partir de 300 millones de colisiones individuales de protones de alta energía dentro del detector CMS. La divulgación de estos datos marcó la primera vez que cualquier experimento importante de colisionador de partículas había lanzado tal caché de información al público en general.
"En nuestro campo de la física de partículas, no existe la tradición de hacer públicos los datos", dice en un comunicado Jesse Thaler, profesor del MIT (Massachusetts Institute of Technology) y autor del nuevo estudio, que se publica en Physical Review Letters. "Realmente obtener datos públicamente sin otras restricciones, no tiene precedentes".
Parte de la razón por la que los grupos del Gran Colisionador de Hadrones y otros aceleradores de partículas han mantenido la propiedad sobre sus datos, es la preocupación de que tales datos puedan ser malinterpretados por personas que no tengan una comprensión completa de los detectores físicos y cómo sus diversas propiedades complejas pueden influyen en los datos producidos.
Cuando el experimento CMS publicó sus datos en abierto en 2014, Thaler buscó aplicar nuevas ideas teóricas para analizar la información. Su objetivo era utilizar nuevos métodos para estudiar los chorros producidos por la colisión de alta energía de protones.
Los protones son esencialmente acumulaciones de partículas subatómicas aún más pequeñas llamadas quarks y gluones, que están unidas entre sí por interacciones conocidas en el lenguaje de la física como la fuerza fuerte. Una característica de la fuerza fuerte que ha sido conocida por los físicos desde los años setenta describe la forma en que los quarks y los gluones se dividen repetidamente después de una colisión de alta energía.
Esta característica se puede utilizar para predecir la energía impartida a cada partícula mientras que se escinde de un quark o gluon madre. En particular, los físicos pueden usar una ecuación, conocida como una ecuación de evolución o función de división, para predecir el patrón de partículas a partir de una colisión inicial, y por lo tanto la estructura general del chorro producido.
VIENDO FRACTALES EN CHORROS DE PARTÍCULAS
"Es este proceso parecido a un fractal el que describe cómo se forman los chorros", dice Thaler. "Pero cuando miras un chorro en realidad, es realmente desordenado, ¿cómo vas de este chorro desordenado y caótico que estás viendo a la regla o ecuación fundamental que generó ese chorro? Es una característica universal, y sin embargo nunca se ha visto directamente en el chorro de partículas que se mide".
En 2014, el CMS liberó una forma preprocesada de los datos brutos del detector de 2010 que contenían un listado exhaustivo de "candidatos a flujo de partículas" o tipos de partículas subatómicas que más probablemente se liberaron, dadas las energías medidas en el detector después de una colision.
Al año siguiente, Thaler publicó un artículo teórico proponiendo una estrategia para comprender mejor un chorro complicado de una manera que revelaba la ecuación de evolución fundamental que rige su estructura.
"Esta idea no había existido antes", dice Thaler. "Que se podría destilar el desorden del chorro en un patrón, y ese patrón coincidiría maravillosamente con esa ecuación, esto es lo que encontramos cuando aplicamos este método a los datos del CMS".
Para aplicar su idea teórica, Thaler examinó 750.000 chorros individuales que se produjeron a partir de colisiones de protones dentro de los datos abiertos del CMS. Miró para ver si el patrón de partículas en esos chorros coincide con lo que predecía la ecuación de evolución, dadas las energías liberadas de sus respectivas colisiones.
Tomando cada colisión una por una, su equipo miró el chorro más prominente producido y utilizó algoritmos desarrollados previamente para rastrear detrás y desentrelazar las energías emitidas como partículas escindidas una y otra vez.
"Queríamos ver cómo este chorro provenía de piezas más pequeñas", dice Thaler. "La ecuación está diciendo cómo se comparte la energía cuando las cosas se dividen, y cuando nos fijamos en un chorro para medir cuánta energía se comparte cuando se dividen, son lo mismo".
El equipo fue capaz de revelar la función de división, o ecuación de evolución, combinando la información de los 750.000 chorros que estudiaron, mostrando que la ecuación -un rasgo fundamental de la fuerza fuerte- puede predecir la estructura general de un chorro y las energías de partículas producidas por la colisión de dos protones.
Aunque esto no suele ser una sorpresa para la mayoría de los físicos, el estudio representa la primera vez que esta ecuación se ha visto tan claramente en los datos experimentales.
