Los físicos observan ondas de quarks en la sopa primordial del Big Bang
- Físicos en CERN descubrieron ondas de quarks en la plasma de quark-gluón
- Este descubrimiento confirma las propiedades líquidas del QGP
- Las investigaciones pueden ayudar a entender el universo temprano.
Descubrimiento de la plasma de quark-gluón
En los primeros momentos de la existencia del universo, la temperatura alcanzó trillones de grados, creando una intensa mezcla de quarks y gluones. Estas partículas elementales se movían a casi la velocidad de la luz en un estado de materia conocido como plasma de quark-gluón (QGP). Este material primario existió solo unos pocos millonésimos de segundo, antes de enfriarse rápidamente, lo que permitió que los quarks y gluones se unieran en protones, neutrones y otras partículas que observamos hoy.
Experimentos en CERN
En CERN, en el Gran Colisionador de Hadrones, los físicos recrean plasma de quarks y gluones para investigar sus propiedades. Al colisionar iones pesados a casi la velocidad de la luz, los investigadores pueden separar temporalmente quarks y gluones, produciendo pequeñas cantidades de materia que existió en los primeros microsegundos después del Big Bang. El equipo de CERN, liderado por físicos del MIT, ha encontrado pruebas claras de que los quarks crean ondas al moverse a través de este plasma.
Ondas de quarks y su significado
Las observaciones proporcionan la primera evidencia directa de que el plasma de quarks y gluones reacciona a partículas que se mueven rápidamente como un todo, produciendo ondas y movimientos de vórtice. "Ha sido un tema de larga discusión en nuestro campo, sobre si el plasma debería reaccionar a los quarks," dice Yen-Jie Lee, profesor de física en el MIT. "Ahora vemos que el plasma es increíblemente denso y es capaz de ralentizar un quark, creando estallidos y vórtices, como un líquido."
Métodos de investigación
Li y sus colegas han desarrollado un nuevo método para detectar estas ondas de quarks. Planean utilizar esta técnica en datos adicionales sobre colisiones de partículas para buscar más ejemplos y estudiarlos con más detalle. Al medir cuán grandes se vuelven las ondas, qué tan rápido se mueven y cuánto tiempo persisten, los científicos pueden determinar propiedades importantes de la plasma de quarks y gluones.
Plasma de quarks y gluones como un líquido ideal
El plasma de quarks y gluones se considera el primer líquido en el universo y el líquido más caliente jamás conocido, alcanzando temperaturas de varios billones de grados Celsius. Los científicos también describen el QGP como un líquido "casi ideal", en el que los quarks y gluones individuales se mueven juntos como un líquido excepcionalmente suave con casi cero fricción.
Modelos y teorías
La comprensión de la plasma de quarks y gluones se basa en numerosos experimentos e investigaciones teóricas. Uno de los modelos influyentes es el modelo híbrido, desarrollado por Krishna Rajagopal y sus colegas, que predice que la plasma de quarks y gluones debe comportarse como un líquido cuando partículas energéticas pasan a través de ella.
Búsqueda de evidencia
Los físicos han estado buscando evidencia de estas ondas en el Gran Colisionador de Hadrones y otros aceleradores de partículas durante muchos años. En estos experimentos, iones pesados, como el plomo, son acelerados a casi la velocidad de la luz y colisionan, creando pequeñas gotas de materia primordial que generalmente existen por menos de un cuatrillón de segundo.
Nueva técnica de detección
Anteriormente, la búsqueda de ondas de quarks a menudo se centraba en pares compuestos de un quark y un antiquark. Sin embargo, Li y sus colegas se dieron cuenta de que era más fácil identificar una onda de un solo quark si no había un segundo quark creando una perturbación superpuesta. Desarrollaron una nueva técnica que permite ver los efectos de un quark en la QGP a través de otro par de partículas.
El papel de los bosones Z
En lugar de buscar pares de quarks y antiquarks después de las colisiones de iones de plomo, los investigadores buscaban eventos en los que un quark se movía a través de la plasma en casi la dirección opuesta al bosón Z. El bosón Z es una partícula elemental neutral que interactúa débilmente con la plasma circundante, lo que la hace útil como un punto de control limpio.
El futuro de la investigación
Con un nuevo método de física, se espera obtener más datos sobre la plasma de quarks y gluones y sus propiedades. "Estudiar cómo las ondas de quarks rebotan e interactúan nos dará nuevas ideas sobre las propiedades de la plasma de quarks y gluones," dice Li. Este descubrimiento podría avanzar significativamente nuestra comprensión del universo temprano y su evolución.
Fuente: ScienceDaily
