Los físicos crearon tres formas diferentes de gotas de plasma de quark-gluón utilizando el Colisionador de iones pesados relativistas en el Laboratorio Nacional Brookhaven. Este plasma es un tipo de materia exótica que llenó el universo en los primeros milisegundos después del Big Bang.
(Imagen: © Javier Orjuela Koop)
Durante la primera fracción de segundo después del Big Bang, el universo no era más que una "sopa" extremadamente caliente de quarks y gluones, partículas subatómicas que se convertirían en los bloques de construcción de protones y neutrones. Ahora, 13.8 mil millones de años después, los científicos han recreado esta sopa primordial en un laboratorio.
Usando el colisionador de iones pesados relativista en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nueva York, los físicos generaron pequeñas gotas de este plasma de quark-gluón al romper diferentes combinaciones de protones y neutrones. Durante estos choques, los quarks y gluones que formaban los protones y los neutrones se liberaron y se comportaron como un líquido, encontraron los investigadores.
Dependiendo de la combinación de partículas que los investigadores juntaron, los pequeños globos de plasma en forma de líquido formaron una de tres formas geométricas distintas: círculos, elipses o triángulos. [Imágenes: mirando hacia atrás al Big Bang y el Universo Temprano]
"Nuestro resultado experimental nos ha acercado mucho más a responder la pregunta de cuál es la menor cantidad de materia del universo temprano que puede existir", dijo Jamie Nagle, físico de la Universidad de Colorado Boulder que participó en el estudio.
Los plasmas de Quark-gluón se crearon por primera vez en Brookhaven en 2000, cuando los investigadores destrozaron los núcleos de los átomos de oro. Luego, los científicos del Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra desafiaron las expectativas cuando crearon el plasma al romper dos protones juntos. "Eso fue sorprendente porque la mayoría de los científicos asumieron que los protones solitarios no podían entregar suficiente energía para producir algo que pudiera fluir como un fluido", dijeron los funcionarios de UC Boulder en el comunicado.
Nagle y sus colegas decidieron probar las propiedades fluidas de este estado exótico de la materia creando pequeños globos. Si el plasma realmente se comporta como un líquido, los pequeños globos deberían poder mantener su forma, predijeron los investigadores.
"Imagine que tiene dos gotas que se expanden en el vacío", dijo Nagle. "Si las dos gotas están realmente juntas, entonces, a medida que se expanden, se topan y empujan una contra la otra, y eso es lo que crea este patrón".
"En otras palabras, si arrojas dos piedras en un estanque juntas, las ondas de esos impactos fluirán entre sí, formando un patrón que se asemeja a una elipse", dijeron los funcionarios de UC Boulder. "Lo mismo podría ser cierto si rompieras un par protón-neutrón, llamado deuterón, en algo más grande ... Del mismo modo, un trío protón-protón-neutrón, también conocido como un átomo de helio-3, podría expandirse en algo parecido a un triángulo ".
Al juntar estas diferentes combinaciones de protones y neutrones en átomos de oro a una velocidad cercana a la de la luz, los investigadores pudieron hacer exactamente lo que esperaban: crear gotas elípticas y triangulares de plasma de quark-gluón. Cuando los científicos rompieron un solo protón en el átomo de oro, el resultado fue una gota circular de la sopa primordial.
Estas gotitas de plasma de quark-gluón de corta duración alcanzaron temperaturas de billones de grados centígrados. Los investigadores piensan que estudiar este tipo de materia "podría ayudar a los teóricos a comprender mejor cómo el plasma quark-gluón original del universo se enfrió durante milisegundos, dando a luz a los primeros átomos que existen", dijeron funcionarios de UC Boulder.
Los resultados de este estudio se publicaron el 10 de diciembre en la revista Nature Physics.
