La colaboración ALICE del CERN obtiene la imagen más detallada de los gluones en el interior de los núcleos atómicos

Durante décadas, los físicos han debatido cómo se comportan los gluones —las partículas portadoras de la fuerza que mantienen unidos a los quarks dentro de protones y neutrones— cuando se aglomeran en el interior de los núcleos atómicos. ¿Simplemente se hacen sombra entre sí, reduciendo su densidad aparente? ¿O alcanzan un límite en el que se vuelven tan densos que empiezan a repelerse mutuamente? Una medición histórica del experimento ALICE del CERN ha recopilado, por primera vez, datos lo suficientemente precisos como para distinguir entre estas dos imágenes .

La medición: primera visión multidimensional de la producción fotonuclear de J/ψ incoherente

El nuevo resultado constituye la primera medición multidimensional de la producción fotonuclear de J/ψ incoherente en colisiones plomo-plomo (Pb-Pb) ultrape riféricas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) . En estas colisiones, los núcleos de plomo pasan extremadamente cerca unos de otros sin chocar directamente —una configuración que permite a los investigadores utilizar los intensos campos electromagnéticos de un núcleo como un haz de fotones para sondear la estructura de gluones del otro.

Al medir cómo se producen los mesones J/ψ (partículas compuestas por un quark charm y su antiquark) en estas interacciones fotón-núcleo, los físicos pueden trazar un mapa de la distribución espacial y la densidad de los gluones dentro del núcleo a escalas de longitud muy pequeñas. El estudio presenta esta medición en función tanto de la energía de interacción como de la transferencia de momento, un nivel de detalle multidimensional nunca antes alcanzado .

Resolución sin precedentes: 0,2 femtómetros

El avance clave reside en la resolución. Al analizar las transferencias de momento en los datos, el equipo de ALICE pudo sondear estructuras de tan solo 0,2 femtómetros, aproximadamente una décima parte del tamaño de un protón . Esta es la resolución más fina jamás aplicada a las distribuciones de gluones dentro de un núcleo atómico.

"Con resoluciones de 0,6, 0,3 y 0,2 femtómetros, ALICE fue explorando progresivamente regiones más pequeñas dentro del núcleo", declaró el físico nuclear Daniel Tapia Takaki, de la Universidad de Kansas, quien lideró el estudio . Este enfoque escalonado permitió al equipo observar cómo cambia el comportamiento de los gluones a medida que uno se acerca más y más.

Lo que muestran los datos: sombreado nuclear versus saturación de gluones

Para interpretar los resultados, el equipo comparó sus mediciones con dos modelos teóricos rivales:

• Sombreado nuclear: En este modelo, la densidad de gluones se reduce a bajas fracciones de momento mediante interferencia destructiva entre la dispersión de diferentes nucleones. Esta ha sido la explicación estándar durante décadas .
• Saturación de gluones: Este panorama más extremo predice que, a densidades muy altas, los gluones comienzan a interactuar de forma no lineal entre sí —esencialmente, se empaquetan tanto que "repelen" a nuevos gluones, estableciendo un límite sobre cuántos pueden existir en un volumen dado .

Los datos de ALICE favorecen la saturación de gluones frente a la imagen convencional del sombreado nuclear . Esto desafía el marco del sombreado que ha sido la explicación predeterminada para los efectos de los gluones nucleares desde la década de 1970.

Publicado en Physical Review Letters

El estudio fue publicado en Physical Review Letters en agosto de 2026, con datos recogidos durante la segunda campaña del Gran Colisionador de Hadrones (2015-2018) . La colaboración ALICE incluye a investigadores de docenas de instituciones de todo el mundo, y el análisis fue liderado en parte por el grupo de Tapia Takaki en la Universidad de Kansas .

Por qué es importante

El resultado es importante porque los gluones dominan la masa y la energía de enlace de la materia ordinaria. Comprender cómo se comportan los gluones a altas densidades es esencial para construir una teoría completa de la fuerza nuclear fuerte (cromodinámica cuántica, o QCD) y para interpretar una amplia gama de experimentos de física nuclear y de partículas, incluyendo futuras mediciones en el Colisionador de Electrones e Iones (EIC) planeado en Estados Unidos .

Si se confirma la saturación de gluones, representaría una nueva fase de la materia nuclear: un estado denso y colectivo de gluones diferente a todo lo observado hasta ahora. El resultado de ALICE es la pista experimental más sólida hasta la fecha de que esta fase existe dentro de los núcleos atómicos a altas energías .