Universitarios colaboran en el estudio de piones

A nivel fundamental, la materia está formada por partículas elementales que son como pequeños bloques de Lego que conforman todo lo que nos rodea. Entre estas partículas se encuentran los quarks y sus correspondientes antiquarks, y cuando éstos se combinan forman nuevas partículas, entre ellas los piones.

Hay tres tipos de piones dependiendo de su carga eléctrica: los hay con cargas positiva, negativa y neutra. Una característica importante de estas partículas subatómicas es que son ligeras e inestables; su periodo de vida es muy breve, de hecho, en el caso del pión neutro su vida es de apenas 10 mil millonésimas de segundo, razón por la cual se vuelve complejo detectarlas y estudiarlas.

Conocer estas esquivas partículas es relevante porque desempeñan un papel clave para entender mejor cómo funciona la fuerza fuerte que se encarga de mantener unidas a las partículas en los núcleos de los átomos. Es 100 veces más fuerte que la fuerza electromagnética, pero actúa a distancias mucho menores que el tamaño de un átomo.

“Investigar la manera en que los piones son producidos en reacciones nucleares a altas energías cobra mayor relevancia pues son portadoras eficaces de las características de la región de interacción. En particular, fenómenos cuánticos como la amplificación de la probabilidad de emisión de pares de piones en direcciones y velocidades semejantes ayuda a determinar el tamaño y tiempo de duración de la región de interacción, pero también a identificar la posible existencia de fenómenos críticos asociados a transiciones de fase de la materia nuclear durante el proceso de producción de estas partículas”, explicó Alejandro Ayala, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la UNAM.

De México para el mundo

Para conocer mejor este tipo de fenómenos se está construyendo el Detector Multi Propósito (MPD, por sus siglas en inglés) en el Colisionador de Iones basado en el Nuclotron (NICA), del Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares (JINR por sus siglas en inglés), con sede en Moscú, Rusia.

En este detector, el cual entrará en funcionamiento el próximo año, colabora un grupo de científicas, científicos, ingenieros y estudiantes mexicanos de la Universidad Nacional Autónoma de México, la Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS), la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH) y la Universidad de Colima (UCol).

En entrevista, Alejandro Ayala, integrante de dicho grupo mexicano, detalló que su participación consiste en la construcción y operación de un detector de disparo que contribuirá a encender uno de los detectores principales del espectrómetro, además de los análisis de las señales que surjan durante el experimento.

“Nuestro grupo desempeña un papel preponderante en esta colaboración, no sólo por el diseño y construcción de un detector de disparo, sino también por el tipo de estudios y análisis que hemos propuesto para dilucidar las características de la materia producida durante las violentas colisiones nucleares que se habrán de producir en el experimento”, describió el especialista.

Mencionó que unas de las señales que estudiarán los mexicanos son las correlaciones entre piones producidos en las colisiones nucleares. De hecho, Alejandro Ayala junto con su estudiante de maestría Santiago Bernal y las doctoras Isabel Domínguez, de la UAS, María Elena Tejeda-Yeomans, de la UCol, e Ivonne Maldonado, del JINR, publicaron el artículo “Collision energy dependence of source sizes for primary and secondary pions at energies available at the JINR nuclotronbased ion collider facility from Lévy fits” en la prestigiada revista The European Physical Journal A, donde se describe la técnica de análisis que proponen.

“Lo que hemos reportado en el artículo es un cálculo, a nivel Monte Carlo, para encontrar cómo se comporta una de las observables que vamos a medir en este experimento; se trata de la correlación de pares de piones. Ésta transmite la información acerca del tamaño del sistema que se origina en la colisión, así como su tiempo de vida”, acotó.

“El análisis permite identificar el origen de los piones, es decir, si éstos provienen de una colisión primaria entre partículas que se liberan en la colisión de los núcleos, y por lo tanto provienen de los primeros instantes y de una región cercana al punto de interacción; o bien del decaimiento de resonancias, que por supuesto viajan a una cierta distancia durante un tiempo mayor y por lo tanto emitirán piones a partir de una región más lejana del punto de reacción”.

Añadió que este estudio servirá como referencia cuando, en posteriores análisis, las simulaciones a nivel Monte Carlo incluyan información que contenga la presencia de fenómenos críticos que pueden surgir de correlaciones a todas las escalas de tamaño dentro de la región de interacción.

“Si esta información se puede desenmarañar a través de este tipo de estudios, se darán pasos muy importantes para caracterizar las propiedades de la materia nuclear en condiciones de alta temperatura y densidad, que son las que prevalecen al interior de objetos astrofísicos, como las estrellas de neutrones”.