Científicos logran un “mini Big Bang” con los núcleos atómicos más pequeños hasta ahora
Durante los primeros instantes del universo, la materia era muy distinta a la que hoy conocemos. En divulgación, le apodan “sopa primordial”. Los científicos la llaman plasma de quarks y gluones (QGP, por su nombre en inglés). Desde hace algunos años, los colisionadores de partículas han logrado acceder a este estado relacionado con el Big Bang. Ahora, un reciente experimento de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) sugiere que puede aparecer en colisiones mucho más pequeñas de lo que los físicos esperaban.
La sopa y los mini Big Bang
Primero, un poco de contexto. De acuerdo con el modelo estándar de partículas, los quarks conforman los protones y neutrones. Estos, a su vez, son los ladrillos que forman los núcleos de los átomos. Mientras tanto, los gluones (su nombre proviene del inglés glue, pegamento) transmiten la interacción que mantiene unidos a los quarks.
Durante los primeros microsegundos del universo, el medio alcanzaba temperaturas tan extremas que los quarks y gluones todavía no permanecían confinados dentro de protones y neutrones, sino que formaban un plasma extremadamente caliente. A medida que el universo se expandió y enfrió, los quarks quedaron confinados en partículas como protones y neutrones, que mucho después formarían los núcleos de los átomos.
Hoy ya no existe una fuente natural accesible de aquella sopa primordial. Sin embargo, los científicos descubrieron que pueden generar condiciones extremas parecidas a las del universo temprano al hacer colisionar núcleos atómicos a velocidades cercanas a la de la luz.
Formado en los primeros instantes del Universo, este tipo de agujero negro podría no haber desaparecido completamente por la radiación de Hawking, como se creía hasta ahora.
Pero crear “mini Big Bangs” ya no basta
Sin embargo, producir QGP ya no es la única incógnita. Después de décadas de estudiarlo en grandes colisiones nucleares, los físicos ahora intentan comprender los límites de este extraño estado de la materia. En particular, exploran hasta qué punto pueden reducir una colisión y seguir observando un conjunto de partículas que se comporta colectivamente como una gota de fluido.
Por ahora, la ciencia está bastante segura de que la sopa primordial aparece con el choque de núcleos grandes, como el plomo. Pero también se ha enfrentado a condiciones inusuales, como la colisión entre un núcleo de plomo y un protón o el impacto de dos protones.
Una sopa cada vez más pequeña
En un reciente artículo publicado en Physical Review Letters, la Colaboración ALICE presenta los resultados de colisiones entre núcleos mucho más pequeños que los utilizados tradicionalmente para estudiar el QGP: oxígeno-16 y neón-20.
“Hemos superado los límites del tamaño mínimo que pueden tener los núcleos atómicos sin dejar de recrear esta materia primordial, lo que podríamos llamar un pequeño Big Bang. Ahora sabemos más sobre las condiciones fundamentales necesarias para que la materia transite a este estado extremo”, explicó en un comunicado You Zhou, investigador del Instituto Niels Bohr y miembro de la Colaboración ALICE.
Los científicos encontraron que, pese al pequeño tamaño de los núcleos de oxígeno y neón, las colisiones produjeron señales del comportamiento que esperaban encontrar en el plasma de quarks y gluones. Durante un instante, la materia generada pareció expandirse colectivamente como un fluido antes de enfriarse y convertirse nuevamente en partículas.
“Esperemos que esto nos ayude a comprender mejor cómo se comportó el plasma durante los primeros instantes del universo, y cómo evolucionó posteriormente hasta convertirse en las formas de materia que componen todo lo que nos rodea”, agregó Zhou.