La materia más densa creada en una máquina de Big-Bang

Una sustancia super caliente elaborada recientemente en el Gran Colisionador de Hadrones (GCH) es la materia más densa jamás observada. Conocido como plasma de quarks-gluones, este estado primordial de la materia llenaba el universo inmediatemente después de producido el Big Bang.

Este material exótico es más de 100.000 veces más caliente que el interior del sol y es más denso que una estrella neutrónica, uno de los objetos más densos del universo.

"Además de los agujeros negros, no hay nada más denso que lo que estamos creando", explicó David Evans, físico de la Universidad de Birmingham, en el Reino Unido, y jefe del equipo del detector ALICE del Colisionador, con el que se logró observar el plasma de quarks-gluones. "Un centímetro cúbico de este material pesaría 40.000 millones de toneladas."

Actúa como un líquido

Provocando cientos de miles de colisiones de alta velocidad por segundo, los físicos que trabajan con el Gran Colisionador de Hadrones esperan dividir las partículas subatómicas en formas de materia aún más básicas, que puedan ser usadas para estudiar cómo fue el universo fracciones de segundos después del Big Bang.

El año pasado, el equipo logró hacer plasma de quarks-gluones haciendo chocar iones de plomo -átomos de plomo a los que se les había sacado sus electrones- casi a la velocidad de la luz.

Como el nombre sugiere, el plasma de quarks-gluones está formado por quarks y gluones. Los quarks son las piezas elementales de protones con carga positiva y neutrones neutrales, que forman los núcleos atómicos. Los gluones son partículas que unen a los quarks usando una fuerza fuerte.

Se cree que cuando el universo se enfriaba, el plasma de quarks-gluones presente luego del Big Bang se unió para formar la materia que hoy conocemos.

El plasma de quarks-gluones creado en el GCH duplica en cantidad y en temperatura al plasma de quarks-gluones previamente logrado usando el Acelerador Relativista de Iones Pesados (RHIC por sus siglas en ingés) del Laboratorio Nacional Brookhaven, en Uptown, Nueva York.

Aún así, los plasmas creados por las dos máquinas son muy similares, según dijeron los científicos recientemente durante la Conferencia de Quarks 2011 realizada en Francia. Se ha confirmado que ambas versiones se comportaron como líquidos perfectos, con una fricción cercana a cero.

"Si revolvemos una taza de té con una cuchara y luego sacamos la cuchara, el té se sigue moviendo por un tiempo y luego para. Si tuviéramos un líquido perfecto y lo revolviéramos, seguiría moviéndose eternamente", explicó Evans.

Según algunas teorías, en el calor extremo del primer momento del universo, los quarks y los gluones estaban más espaciados, creando un plasma de quarks-gluones que se comportaba como un gas. El equipo del ALICE está buscando entonces pruebas de un comportamiento semejante al gas en las primeras etapas de la formación de su plasma de quarks-gluones.

"Exixten pequeñas diferencias entre nuestras mediciones y las del RHIC", acotó Evans.

"Es posible que en las etapas tempranas (de nuestro plasma de quarks- gluones) se comportara más como un gas, y que luego al enfriarse se convirtiera en un líquido, pero debemos investigar más".

Si en realidad se observó esta transición de gas a líquido, sería sorprendente porque la teoría prevé que la misma debería ocurrir a temperaturas mucho más elevadas que las producidas por el GCH, señaló Thomas Ludlam, presidente del departamento de física de Brookhaven.

De todas formas consideró que los resultados eran muy interesantes. "Muestran que el GCH -que empezó a funcionar en 2009 luego de más de un año de retraso debido a problemas técnicos- "está en pleno funcionamiento".

Además, comparando el plasma de quarks-gluones de menor energía creado en el RHIC con la versión de mayor energía del GCH, los científicos podrán comprender mejor cómo y cuándo se cargó la energía a medida que el universo se enfriaba, explicó Ludlam.

Los científicos que usan el RHIC han intentado durante el último año crear un plasma de quarks-gluones a energías aún más bajas, para determinar la temperatura en la que los quarks y los gluones se unen para formar protones y neutrones.

En tanto, el GCH sigue operando a la mitad de su energía máxima, y el equipo ALICE espera crear formas aún más densas de plasma de quarks-gluones.