El plasma de quark y gluones: estudiando QCD a altas temperaturas

Charlista: Bruno Scheihing - Center for Theoretical Physics, MIT 

Resumen: Aún habiendo transcurrido 50 años desde que cromodinámica cuántica (QCD) fuese establecida como la teoría que describe las interacciones nucleares fuertes, QCD todavía presenta desafíos a la hora de hacer predicciones cuantitativas acercade la dinámica de quarks y gluones — los grados de libertad de QCD, constituyentes del núcleo atómico — especialmente aescalas de energía comparables con la masa del protón. Bajo condiciones normales, estos grados de libertad microscópicossiempre se encuentran confinados dentro de núcleos atómicos — o, más generalmente, dentro de "hadrones" — impidiendoestudiarlos directamente. Para "observarlos" es necesario un proceso físico de energía suficientemente alta de tal manera que los protones y neutrones se desintegren. En la superficie de este planeta, y en todo el universo que observamos hoy en día, procesos de tal energía sólo ocurren en aceleradores de partículas, en la forma de colisiones de altas energías. Y, aún así, losquarks y gluones sólo se manifiestan como partículas en el instante de la colisión misma.

Sin embargo, existe una manera de alargar el intervalo de tiempo en que estas partículas microscópicas no están confinadasdentro de hadrones: aumentando el tamaño de los núcleos atómicos que colisionan. Más aún, sorprendentemente, si estosnúcleos son de tamaño suficiente, el estado de quarks y gluones que se forma como resultado de la colisión es, aproximadamente, uno de equilibrio termodinámico local. En efecto, en experimentos hoy en día llevados a caborutinariamente en el Large Hadron Collider (LHC) operado por CERN y en el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) operadopor BNL, núcleos atómicos, típicamente de Au ó Pb, son colisionados para estudiar este estado: el plasma de quark y gluones— la fase de alta temperatura de QCD. Esta fase posee una gran cantidad de propiedades que la hacen especial e interesante. Entre ellas, es un sistema cuántico fuertemente acoplado, es un fluido casi perfecto que posee la viscosidad más pequeña que se ha observado, y está constituido puramente por grados de libertad fundamentales del modelo estándar de física de partículas.

En esta charla describiré algunos avances recientes en nuestro entendimiento de las propiedades dinámicas del plasma de quark y gluones formado en estas colisiones. Comenzaré desde el modelo estándar de física de partículas, discutiendo los aspectos de QCD que entendemos y los que no, enfatizando qué es lo que esperamos aprender estudiando el plasma de quarks y gluones encolisiones de iones pesados. Concluiré discutiendo cómo el estudio de QCD, colisiones de iones pesados, y del plasma de quarks y gluones se entrelaza con otros problemas en física teórica y experimental.