Recrean gotas de la sopa primordial del universo en formas geométricas

JAVIER ORJUELA KOOP

   MADRID, 14 Dic. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores han creado pequeñas gotas de la materia ultra caliente que una vez llenó el universo primitivo, formando tres formas y tamaños distintos: círculos, elipses y triángulos.

   El estudio, publicado en Nature Physics, se deriva del trabajo de un equipo internacional de científicos y se centra en un estado de materia similar al líquido llamado plasma de quark gluon. Los físicos creen que esta materia llenó todo el universo durante los primeros microsegundos después del Big Bang, cuando el universo todavía estaba demasiado caliente para que las partículas se unieran para formar átomos.

   El profesor Jamie Nagle de la Universidad de Colorado Boulder y sus colegas de la Universidad de Vanderbilt colaboraron en el experimento conocido como PHENIX y utilizaron un colisionador masivo en el Brookhaven National Laboratory de Estados Unidos, para recrear ese plasma. En una serie de pruebas, los investigadores rompieron paquetes de protones y neutrones en diferentes combinaciones en núcleos atómicos mucho más grandes.

   Descubrieron que, controlando cuidadosamente las condiciones, podían generar gotitas de plasma de quark gluon que se expandían para formar tres patrones geométricos diferentes.

   Los hallazgos proporcionan la evidencia más sólida hasta la fecha de que tales gotas minúsculas se comportan como un fluido. Eso es algo que los científicos habían pensado que era imposible, dijo Nagle en un comunicado.

   "Nuestro resultado experimental nos ha acercado mucho más a responder la pregunta de cuál es la cantidad más pequeña de materia del universo temprano que puede existir", dijo Nagle, del Departamento de Física. Propuso este conjunto de experimentos en 2014 junto con sus colegas.

   Los científicos empezaron a estudiar este tipo de materia en el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) de Brookhaven en 2000. Chocaron contra los núcleos pesados de los átomos de oro, generando temperaturas de miles de millones de grados centígrados. En la ebullición resultante, los quarks y los gluones, las partículas subatómicas que forman todos los protones y neutrones, se liberaron de sus cadenas atómicas y fluyeron casi libremente.

   Tal estado de corta duración de la materia, que los teóricos creen que imita las condiciones observadas justo después del Big Bang, probablemente se comporte como un "fluido perfecto", dijo Paul Romatschke, profesor asociado de física.

   "Si pudieras tener una botella de este líquido", dijo Romatschke, "y tuvieras que voltearla y hacer que fluyera alrededor de un obstáculo, lo haría casi sin fricción".

   Varios años más tarde, un conjunto de experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra, Suiza, provocó una sacudida entre los teóricos: los investigadores informaron que parecían haber creado un plasma de quark gluón no al golpear dos átomos, sino al estrellarse dos protones.

   Eso fue sorprendente porque la mayoría de los científicos asumieron que los protones solitarios no podían suministrar suficiente energía para hacer que cualquier cosa pudiera fluir como un fluido.

   Nagle, Romatschke y sus colegas idearon una manera de probar la idea en 2014: si estas pequeñas gotas se comportaran como un líquido, entonces deberían mantener su forma.

   Como explicó Nagle, "Imagina que tienes dos gotitas que se están expandiendo en un vacío. Si las dos gotas están realmente juntas, entonces a medida que se expanden, chocan entre sí y se empujan unas contra otras, y eso es lo que crea este patrón ".

   En otras palabras, si arrojas dos piedras en un estanque, las ondulaciones de esos impactos fluirán entre sí, formando un patrón que se asemeja a una elipse. Lo mismo podría ser cierto si rompieras un par de protones-neutrones, llamado deuterón, en algo más grande, razonaron Nagle y Romatschke. Del mismo modo, un trío protón-neutrón protón, también conocido como un átomo de helio-3, podría expandirse en algo parecido a un triángulo.

   Y eso es exactamente lo que encontró el experimento PHENIX: las colisiones de deuterones formaron elipsis de corta duración, los átomos de helio-3 formaron triángulos y un solo protón explotó en forma de círculo.

   Los resultados, dijeron los investigadores, podrían ayudar a los teóricos a comprender mejor cómo se enfrió el plasma de quark gluón original del universo en milisegundos, dando a luz a los primeros átomos en existencia.

   Ahora se está construyendo un experimento de próxima generación llamado sPHENIX, con el liderazgo de investigadores de CU Boulder, para explorar los plasmas de quark gluon en escalas de longitud incluso más pequeñas.