Crean en laboratorio la materia original del Universo

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Investigadores consiguieron producir pequeñas gotas de plasma quark-gluón, la materia que llenaba todo el Universo unos milisegundos después del Big Bang.

Un equipo internacional de investigadores de 65 instituciones diferentes, liderado por físicos de las universidades de Colorado en Boulder y Vanderbilt ha conseguido crear, en laboratorio, pequeñas «gotas» de la materia super caliente de la que estaba hecho el Universo durante sus primeros instantes de existencia.

Al expandirse, esas gotas adoptaron tres tipos de formas diferentes: círculos, elipses y triángulos.

En concreto, los científicos lograron reproducir un estado líquido de materia muy similar al llamado «plasma de quark-gluón».

Los físicos, en efecto, creen que ese es precisamente el tipo de materia que llenó todo el espacio durante los primeros microsegundos tras el Big Bang, cuando el Universo estaba aún demasiado caliente para que las partículas pudieran unirse para formar átomos.

En un experimento llamado PHENIX, el físico Jamie Nagle y sus colegas utilizaron el gran colisionador del Laboratorio Nacional Brookhaven para crear ese plasma.

Para conseguirlo, llevaron a cabo una serie de pruebas haciendo chocar, dentro del acelerador, paquetes de protones y neutrones en diferentes combinaciones contra núcleos atómicos mucho más grandes.

De esta forma, descubrieron que, si controlaban con mucho cuidado las condiciones en las que se producían las colisiones, podían generar pequeñas «gotitas» de plasma de quark-gluón que se expandían para formar diferentes patrones geométricos.

«Los resultados de nuestro experimento -explica Nagle- nos han acercado mucho más a responder la pregunta de cuál es la cantidad más pequeña de materia del Universo temprano que puede existir».

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Los investigadores empezaron a estudiar este extraño estado de materia en el año 2000, en una serie de experimentos en el Colisionador de Iones Pesados Relativistas de Brookhaven, durante los que hicieron chocar entre sí núcleos pesados de átomos de oro y generaron temperaturas de billones de grados.

Durante la ebullición resultante, los quarks y los gluones, las partículas que forman todos los protones y neutrones, se liberaron de sus cadenas atómicas y empezaron a fluir libremente.

Varios años después, otro grupo de investigadores publicó la creación de un plasma de quark-gluón obtenido de la colisión de dos protones, y no de átomos pesados.

Algo que fue toda una sorpresa, ya que la mayoría de los científicos creía entonces que el choque de dos simples protones no podría liberar la energía necesaria para que algo pudiera comportarse como un fluido.

Pero en 2014, el propio Nagle y su equipo idearon una forma de probar esos resultados: si esas diminutas «gotas» realmente se comportaban como un líquido, como el plasma quark-gluón, entonces deberían de mantener su forma.

En palabras del propio investigador, «imagina que tienes dos gotitas que se están expandiendo en un vacío. Si las dos gotitas están muy juntas, entonces, y a medida que se expanden, chocarán unas con otras, se empujarán y crearán esos patrones».

En otras palabras, si lanzamos dos piedras a un estanque, las ondulaciones de esos impactos se cruzarán, formando un patrón que se asemeja a una elipse.

Y según el razonamiento de Nagle, lo mismo podría suceder también si rompiéramos un par de protones-neutrones, llamado deuterón, contra algo más grande.

Del mismo modo, un trío protón-neutrón protón, también conocido como un átomo de helio-3, podría expandirse en forma de algo parecido a un triángulo.

Y eso es exactamente lo que encontró el experimento PHENIX: las colisiones de deuterones formaron elipses de corta duración, los átomos de helio-3 formaron triángulos, y los protones sueltos explotaron en forma de círculos.

Según los investigadores, estos resultados ayudarán a los físicos teóricos a comprender mucho mejor cómo, en apenas unos pocos milisegundos, el plasma original de quark-gluón se enfrió para formar los primeros átomos del Universo.

Fuente: ABC