En los primeros momentos del universo, tomó la forma de una sopa hirviendo llena de partículas llamadas quarks y gluones. Estas partículas atravesaron plasma líquido durante apenas unas millonésimas de segundo después del Big Bang. Ahora, los físicos han recreado estas condiciones produciendo pequeñas gotas de la misma sopa primordial que llenó el universo inmediatamente después de su nacimiento.
Hacer una versión moderna de la sopa primordial, conocida como plasma de quarks y gluones, implica romper núcleos atómicos a casi la velocidad de la luz. Esto se ha hecho a menudo con núcleos atómicos muy pesados, pero un nuevo estudio publicado en Physical Review Letters ha demostrado que se pueden lograr resultados similares con núcleos atómicos mucho más pequeños. Con este avance, los investigadores están ahora en camino de lograr una comprensión enormemente mejorada de la forma más antigua de materia en el universo.
“Con suerte, esto nos ayudará a comprender mejor cómo se comportó el plasma durante los primeros momentos del Universo y cómo luego evolucionó hacia las formas de materia de las que está hecho todo lo que nos rodea”, dijo en un comunicado el autor del estudio, You Zhou, profesor de la Universidad de Aarhus.
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La sopa primordial más picante
Visualización de eventos de colisiones entre Neon-20 y Oxygen-16 en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.
(Crédito de la imagen: ALICE@CERN)
Inmediatamente después del Big Bang, hace unos 13.800 millones de años, los quarks y gluones llenaron el universo recién nacido. Nadaron frenéticamente a través del plasma, todos ellos fundiéndose en un fluido suave y sin fricción. Y a unos pocos billones de grados Fahrenheit, también tenía la distinción de ser el líquido más caliente que existe.
Esta sopa solo tardó unas millonésimas de segundo en enfriarse. Los quarks y gluones se congelaron en protones y neutrones, los componentes básicos de los núcleos atómicos, y el resto es historia.
Hoy, sin embargo, los investigadores pueden retroceder a los primeros momentos del universo rompiendo núcleos atómicos, generando esencialmente “pequeños Big Bangs”. Esto crea gotas calientes que imitan el plasma primordial de quarks y gluones y, al igual que el plasma de los primeros momentos del universo, estas gotas solo existen durante una fracción de segundo antes de expandirse.
Un patrón de bolos
Los investigadores involucrados en el nuevo estudio descubrieron que es posible crear plasma con núcleos atómicos mucho más pequeños de lo que se pensaba anteriormente, como el oxígeno-16 y el neón-20.
No pueden observar directamente el plasma en sí, sino que pueden ver formas específicas al chocar los núcleos atómicos. Estas formas resultan diferentes según el movimiento de las partículas; dos núcleos de oxígeno tienen una forma redondeada, mientras que los núcleos de neón tienen forma de boliche.
Según los investigadores, estudiar el movimiento de estas partículas después de colisionar podría ayudarles a descomprimir los núcleos atómicos de formas que antes no habían sido posibles.
“Es un poco como iluminar un objeto y ver su sombra. No se puede ver el objeto directamente, pero su sombra revela su forma. De la misma manera, el movimiento de las partículas revela la forma geométrica de los núcleos atómicos que estaban presentes al comienzo de la colisión”, dijo el coautor Emil Gorm Dahlbæk Nielsen, investigador postdoctoral en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague.
Rompiendo núcleos atómicos juntos
Los físicos llevan mucho tiempo interesados en la forma y estructura de los núcleos atómicos; La investigación sobre estas propiedades puede proporcionar información sobre la fuerza nuclear fuerte, que es la fuerza más poderosa involucrada en mantener unida la materia, según el Departamento de Energía de EE. UU. (las otras tres fuerzas fundamentales son la gravedad, el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil).
En el pasado, los estudios giraban en torno a la estructura nuclear a bajas energías, como la observación de la rotación y las vibraciones de los núcleos atómicos.
Chocar núcleos atómicos entre sí a altas velocidades, un avance más reciente en este campo, podría arrojar luz sobre estructuras hasta ahora desconocidas. Los investigadores aún no conocen el límite que define la creación del plasma de quarks y gluones, pero planean llevar a cabo más experimentos con núcleos aún más ligeros, como el helio-4, con la esperanza de encontrar respuestas que puedan ampliar nuestro conocimiento del universo temprano.
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