Físicos simulan el Big Bang y detectan una firma de partícula inesperada. )

Los científicos han reconstruido la mezcla de partículas calientes que llenó el cosmos tras el Big Bang, y se encontraron con una sorpresa en su comportamiento. En el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) en el Brookhaven National Laboratory en Nueva York, los investigadores estrellaron núcleos de oro juntos cerca de la velocidad de la luz. Las partículas que emergieron de estas colisiones mostraron una sorprendente disminución en sus propiedades.

Núcleos de Oro Colisionan a Velocidad Próxima a la de la Luz

Los investigadores enviaron núcleos de oro a hurtadillas uno hacia el otro a gran velocidad. Al impactar, las partículas volaron hacia afuera lateralmente, y los científicos registraron con cuánta fuerza se alejaron. Se anticipaba una progresión constante de esas fluctuaciones con el cambio de energía de colisión. Esa expectativa no se cumplió: las fluctuaciones se encogieron antes de hincharse nuevamente.

Esa disminución podría ser una señal de un «punto crítico» largamente buscado, un conjunto especial de condiciones en el cual la materia nuclear cambia la forma en que se transforma de una forma a otra. La señal es lo suficientemente fuerte como para que sea muy poco probable que sea un accidente estadístico, pero los investigadores advirtieron que la disminución es una pista, no una prueba.

Lo Que Podría Significar la Disminución

Una temperatura crítica marca la línea donde el líquido y el vapor pierden sus identidades separadas para el agua. Ese mismo tipo de transformación, Manikandhan, un becario postdoctoral en física en la Universidad Estatal de Ohio y coautor del estudio, le dijo a Live Science, ha sido largamente sospechado de existir para la materia nuclear también. El «punto crítico», que se refiere al punto crítico, sirve como un hito en el reglamento que rige la materia impulsada hasta sus límites.

Cuando las temperaturas ascienden a sus niveles más altos, la materia ordinaria fluye constantemente hacia un estado de plasma de quarks-gluones. Sin embargo, cuando la densidad aumenta en cambio, la transformación podría ocurrir repentinamente. Ese punto donde la fusión gradual cede ante un cambio repentino se llama el punto crítico. Ciertos cálculos recientes sitúan este punto exactamente dentro del rango de las colisiones de menor energía de RHIC.

«Pero todo esto sigue siendo conjetural y todavía no hay nada concreto, ni de los experimentalistas ni de los teóricos», dijo Manikandhan.

Por Qué Importa el Fuego Artificial

Los científicos estudian cómo actúa la materia producida en estas colisiones, dado que su parecido es al de la sustancia que llenó el cosmos apenas unos pocos microsegundos después del Big Bang. Rastrear su comportamiento ofrece a los investigadores una idea de cómo el universo cambió de una mezcla caliente de quarks y gluones a los protones y neutrones que forman todo lo que nos rodea hoy en día.

Los investigadores operaron RHIC a una gama de energías de colisión. Cuanto menor es la energía, más apretada está la materia que colisiona. Para sus carreras de menor energía, STAR utilizó una configuración de «blanco fijo», en la que un haz de núcleos de oro golpea «un fino lámina de oro colocada dentro del detector», dijo Manikandhan, en lugar de un segundo haz en camino. Esto produce la materia más densa que puede crear RHIC.

Los electrones voltios miden las energías de colisión, representando cuánta energía capta un electrón después de ser impulsado a través de 1 voltio. El campo utiliza típicamente miles de millones de electrones voltios, o giga electrones voltios (GeV), para sus cálculos. Un solo GeV corresponde aproximadamente a la energía contenida dentro de la masa de un protón, según la famosa ecuación de Einstein E = mc2. El equipo analizó aproximadamente 1 billón de colisiones a energías entre 3 y 7,7 GeV por par de protones o neutrones que chocan. Esa es la parte inferior del rango de RHIC, que se extiende hasta 200 GeV.

Midiendo el Pico

Para cada choque, los investigadores rastrearon hasta dónde se lanzaron las partículas cargadas fuera de la bola de fuego — una medida conocida como momento transversal. Luego buscaron vínculos entre esas partículas. Un vínculo muestra si dos cosas tienden a desplazarse juntas.

Los investigadores examinaron pares de partículas del mismo choque para ver si ambas fueron lanzadas más duro de lo habitual, o ambas más suavemente. Esto revela algo sobre la bola de fuego en su conjunto. Una bola de fuego que es ligeramente más caliente, o se expande con mayor fuerza, le da a todas sus partículas un empujón lateral adicional al mismo tiempo.

«Esas correlaciones reflejan cuánto fluctúan la temperatura y el flujo de la bola de fuego», dijo Manikandhan.

Cercana a un punto crítico, la capacidad calorífica del asunto —la cantidad de energía necesaria para elevar su temperatura— se espera que aumente bruscamente. Eso hace que sea más difícil alterar la temperatura del balón de fuego, por lo que las correlaciones deberían debilitarse. «Si el asunto se acerca a un punto crítico o a un cambio de fase, esperaríamos ver que esas correlaciones cambian de una manera inusual y no suave a medida que variamos la energía de colisión», dijo Manikandhan.

La señal es fuerte.

El equipo observó la disminución en las colisiones más frontales. «En lugar de cambiar suavemente con la energía, las correlaciones muestran una disminución», dijo Manikandhan. Los investigadores compararon los datos con una tendencia suave, y la desviación destacó.

El 22 de septiembre, la investigación fue divulgada en Physical Review Letters.

Lo que sigue

Los investigadores advierten que se requiere una mayor investigación antes de que se pueda afirmar una confirmación. Sin embargo, la fuerza de la señal sugiere que es extremadamente improbable que sea una mera coincidencia estadística.

Todavía no hay prueba del punto crítico. Ni los experimentadores ni los teóricos han producido nada definitivo. Los nuevos datos fortalecen el caso de su existencia, pero no han resuelto el asunto.

La cosmología también se beneficia de esta investigación. El rastreo de cómo el universo temprano se enfrió y se condensó en protones y neutrones arroja luz sobre la estructura del cosmos actual. La disminución en los datos proporciona una nueva forma de estudiar ese proceso. )

Fuente: «“Científicos recrean los primeros momentos del universo y encuentran algo que no esperaban,” Live Science. )