El corazón de una estrella de neutrones, que viene a ser como el cadáver de una estrella masiva, está lleno de partículas lambda. En pocas palabras, un tipo de materia extraña perfectamente densa, estable y literalmente indestructible. Así lo indicaron dos científicos del MIT en 1978, y ahora, después de casi cincuenta años, finalmente se ha podido comprobar cómo se forma esta materia en los núcleos de los átomos.

Un experimento reciente mostró que estas partículas lambda se producen a partir de colisiones con la materia ordinaria. Esto mediante un proceso específico llamado dispersión inelástica profunda semi-inclusiva o SIDIS.

Para demostrarlo, los investigadores dispararon un haz de electrones a un núcleo que transfiere energía a los quarks dentro de los protones y neutrones. ¿El resultado? Lograron estimular la producción de lambda en el interior.

Así que estos nuevos hallazgos parecen responder a la pregunta que los físicos nucleares se han hecho durante décadas: cómo un quark golpeado se convierte en hadrón.

¿Cómo se forma la materia extraña?

Los hadrones son partículas subatómicas que están hechas de quarks y sujetas a la fuerza fuerte. Esta fuerza es la que une a los quarks para formar partículas más grandes, como protones y neutrones, y mantenerlos dentro del núcleo de un átomo.

En teoría, las partículas lambda son un tipo de hadrón formado por tres quarks: un quark arriba, un quark abajo y un quark extraño. Sin embargo, es muy difícil encontrar estas partículas en nuestra vida cotidiana pues suelen aparecer en circunstancias realmente extremas como las que pueden ocurrir dentro de una estrella.

Entonces, para poder estudiar este proceso, los investigadores tuvieron que realizar varios experimentos en la Instalación Aceleradora de Haz de Electrones Continuos (CEBAF) de Jefferson Lab. Concretamente, ellos rastrearon lo que sucedió cuando los electrones de CEBAF se dispersaron del núcleo objetivo y sondearon los quarks confinados dentro de los protones y neutrones.

“La materia extraña es interesante porque, al menos en esta imagen ingenua, no está allí al principio. Tienes que crear quarks extraños de alguna manera”.

Kawtar Hafidi, director en el Laboratorio Nacional de Argonne

Sus resultados sugieren que, de hecho, el proceso de formación de la materia extraña no es tan complejo como imaginamos. Después de golpear los quarks con electrones, estos comienzan a moverse como una partícula libre en el medio. Su movimiento caótico a través del núcleo hace que estas partículas se mezclen con otros quarks alrededor para formar una nueva partícula compuesta de protones o neutrones. Algunas veces esta partícula compuesta será una lambda y otras no, pero ese es el origen de este tipo de materia.

«Es la primera vez que estudiamos la lambda en el núcleo atómico, y observamos lo que llamamos hadronización o el proceso de producción de hadrones».

Kawtar Hafidi

Partículas lambda y diquarks

El análisis fue tan desafiante que los investigadores tardaron varios años en extraer estos resultados. Principalmente porque, una vez formadas, las partículas lambda suelen descomponerse rápidamente en otras dos partículas: un pión y un protón o un neutrón.

Para poder analizar la materia extraña en detalle, se tuvieron que medir las regiones de fragmentación hacia adelante y hacia atrás. Sin embargo, los resultados valieron completamente la pena.

Este trabajo sugiere que los componentes básicos de los protones, quarks y gluones son capaces de marchar a través del núcleo atómico en pares llamados “diquarks”. Esto quiere decir, esencialmente, que las partículas de materia oscura a veces se forman de una manera inesperada. En lugar de que un fotón golpee un quark y lo libere para buscar dos nuevos quarks con los que unirse, como los teóricos han asumido durante mucho tiempo, el fotón a veces puede interactuar con un par de quarks.

“Después de ser golpeado, este diquark pasó a encontrar un quark extraño y formó una lambda. Este emparejamiento de quarks sugiere un mecanismo diferente de producción e interacción que el caso de la interacción de un solo quark”.

Kawtar Hafidi

Así que estos hallazgos no solo revelan cómo se forman partículas extrañas e inusuales, también pueden ayudar a explicar lo que sucede en los átomos.

Sondear el surgimiento de la materia extraña es vital para los físicos nucleares. En especial para aquellos que desean comprender los fundamentos de cómo se forman las partículas subatómicas que constituyen todo el cosmos. Por lo tanto, al descubrir que hay dentro de estas estrellas también nos estamos acercando a la verdadera historia de cómo se creó toda la materia.

Fuente: tekcrispy.com