La materia dentro de una estrella de neutrones puede tomar diferentes formas: líquido denso en nucleones o líquido denso en quarks. Las últimas investigaciones han descubierto que en las estrellas de neutrones, el líquido de quarks es esencialmente diferente del líquido de nucleones, como lo demuestra el campo magnético de color único en su vórtice. Este descubrimiento desafía puntos de vista anteriores sobre la cromodinámica cuántica y proporciona nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la unión.
Ciencia de la materia de las estrellas de neutrones
Los núcleos atómicos están compuestos de nucleones (como protones y neutrones), que a su vez están compuestos de quarks. Cuando los núcleos atómicos se rompen a altas densidades, se disuelven en líquido de nucleones y, a densidades más altas, los propios nucleones se disuelven en líquido de quarks. En este estudio, los investigadores exploraron la cuestión de si los líquidos nucleónicos y los líquidos de quarks son fundamentalmente diferentes. Sus cálculos teóricos mostraron que estos líquidos son diferentes. Ambos líquidos crean vórtices a medida que giran, pero en los líquidos de quarks, los vórtices llevan un "campo magnético coloreado" que es similar a un campo magnético ordinario. En los líquidos nucleares no existe tal efecto. Por lo tanto, estos vórtices hacen que los líquidos de quarks sean muy diferentes de los líquidos de nucleones.
La influencia de los líquidos de quarks y de nucleones.
Los quarks y los nucleones del núcleo interactúan mediante la fuerza nuclear fuerte. Esta fuerza tiene una propiedad interesante llamada "restricción". Esto significa que los científicos sólo pueden observar grupos de quarks unidos, no quarks individuales. En otras palabras, se dice que los quarks están "ligados". También es difícil describir o definir con precisión la "vinculación" utilizando herramientas teóricas. Este estudio resuelve este problema de larga data mediante el uso de propiedades de vórtice para distinguir entre líquidos de quarks y líquidos nucleónicos. Muestra que, en un sentido preciso, los líquidos de quarks densos no están unidos, mientras que los líquidos nucleónicos sí lo están.
Desafiando las teorías tradicionales
Si la materia nuclear es diferente de la materia de los quarks, es decir, si hay una transición de fase, es una antigua cuestión en el estudio de las interacciones fuertes, especialmente en la teoría de la cromodinámica cuántica (QCD). Asimismo, los científicos se han planteado la cuestión de si es posible dar una definición clara de confinamiento. En el pasado, estas dos cuestiones se han abordado desde una perspectiva relativamente antigua conocida como el paradigma Landau de las transiciones de fase. El paradigma de Landau sostiene que la materia nuclear y la materia de quarks no son completamente diferentes. Esto también significa que las restricciones no se pueden definir explícitamente en QCD.
Este estudio cuestiona estas conclusiones empleando un nuevo conjunto de herramientas que los físicos han descubierto durante los últimos 40 años. Estas herramientas pueden detectar transiciones topológicas en materiales que no se ajustan a paradigmas anteriores. Cuando se aplican a los estudios de QCD, revelan que la materia de quarks y la materia nuclear son distintas. Para distinguir entre materia de quarks y materia nuclear, los científicos deben comparar las propiedades de los vórtices en ambos casos. Cálculos simples muestran que los vórtices en la materia de los quarks atrapan campos cromáticos que no están presentes en la materia nuclear. Este resultado también muestra que el confinamiento se puede definir rigurosamente en QCD densa.
Referencias
"Transiciones de fase restringidas por Higgs para caracterizaciones fundamentales de la materia", autor: Alexei Chelman, Theodore Jacobson, Srimoi Sen y Lawrence G. Yaff, 24 de noviembre de 2020, "Physical Review D".
DOI:10.1103/PhysRevD.102.105021
"Los vórtices transportan flujo magnético en superfluidos de espín 0", por Aleksey Cherman, Theodore Jacobson, Srimoyee Sen y Laurence G. Yaffe, 5 de enero de 2023, "Physical Reviews B".
DOI:10.1103/PhysRevB.107.024502
Esta investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencias, la Oficina de Física Nuclear y su Programa Quantum Horizons del Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente compilada: ScitechDaily