ALICE del CERN Aclara Formación de Núcleos Ligeros en Colisiones de Partículas de Alta Energía

Científicos de la colaboración ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN han determinado el mecanismo principal para la creación de núcleos atómicos ligeros y sus antipartículas, como deuterones y antideuterones, durante colisiones de partículas de energía ultra-alta. Este hallazgo resuelve una cuestión de larga data en la física nuclear: cómo estos sistemas, unidos por una energía de enlace de aproximadamente 2 MeV, logran formarse y subsistir en un entorno que alcanza temperaturas superiores a cien mil veces las del núcleo solar. La investigación, liderada por un equipo internacional con participación de la Universidad Técnica de Múnich (TUM), fue publicada en la revista Nature en diciembre de 2025.

El descubrimiento central, confirmado mediante femtoscopía aplicada a pares de deuterón-pión, establece que los protones y neutrones constituyentes no están presentes en el estado inicial de la colisión. En su lugar, estas partículas elementales emergen de la desintegración de estados de partículas de corta vida media y alta energía, específicamente de resonancias como la resonancia $\Delta(1232)$. El mecanismo secuencial indica que, tras el decaimiento de la resonancia, los nucleones resultantes se combinan mediante una fusión nuclear en la fase final del sistema de colisión, a medida que este se enfría.

Las mediciones realizadas por el detector ALICE indican que cerca del 90 por ciento de los (anti)deuterones observados se originan a través de esta vía de decaimiento de resonancia. La Profesora Laura Fabbietti de la TUM, asociada al experimento ALICE desde 2014 y experta en física hadrónica, señaló que los datos verifican que la formación de núcleos ligeros ocurre en condiciones "algo más frías y tranquilas", separadas de la fase inicial de máxima energía. Este trabajo avanza la comprensión de la "interacción fuerte", la fuerza fundamental que mantiene unidos los núcleos atómicos.

Las implicaciones de este hallazgo se extienden a la astrofísica, según indicó el Dr. Maximilian Mahlein, investigador de la cátedra de Fabbietti en la TUM, particularmente en la interpretación de los datos de rayos cósmicos. Los modelos mejorados basados en estos resultados podrían ofrecer nuevas perspectivas sobre la naturaleza de la materia oscura. Este logro se enmarca en un contexto de reconocimiento institucional: la Profesora Laura Fabbietti y el Profesor Lukas Heinrich recibieron el Premio Breakthrough en Física Fundamental de 2025 en abril de 2025 por su trabajo colaborativo, y el clúster de excelencia ORIGINS, donde Fabbietti investiga, recibió aprobación para su segunda fase de financiación en mayo de 2025.

El CERN, que opera el LHC en un túnel de 27 kilómetros bajo la frontera franco-suiza, recrea las condiciones primordiales del universo mediante colisiones de protones de alta energía. ALICE es un detector especializado en el estudio de la interacción fuerte en estos eventos. La técnica de femtoscopía, crucial para este estudio, ha permitido medir interacciones de dos y tres cuerpos entre hadrones con gran precisión, conectando la física de aceleradores con preguntas astrofísicas, como la ecuación de estado de las estrellas de neutrones. Este entendimiento refinado de la nucleosíntesis en colisiones hadrónicas mejora la capacidad de modelar la producción de núcleos en el cosmos y la búsqueda de materia oscura.