La Materia Se Derrite En Colisiones De Partículas Súper Calientes

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Los físicos han creado una sopa de partículas llamada plasma de quark-gluón dentro del acelerador de partículas rhic en el laboratorio nacional de brookhaven. Los núcleos de oro se rompieron juntos a temperaturas tan extremas que los protones y los neutrones se fundieron en su componente.

Al crear una sopa de partículas subatómicas similar a la que produjo el Big Bang, los científicos han descubierto el límite de temperatura donde se disuelve la materia ordinaria.

Los átomos normales se convertirán en otro estado de la materia, un plasma de quarks y gluones, a una temperatura aproximadamente 125,000 veces más caliente que el centro del sol, dijeron los físicos después de romper los núcleos de los átomos de oro y medir los resultados.

Si bien este estado extremo de la materia está lejos de todo lo que ocurre naturalmente en la Tierra, los científicos creen que todo el universo consistió en una sopa similar durante unos pocos microsegundos después del Big Bang hace unos 13.7 mil millones de años.

Los físicos podrían recrearlo solo dentro de poderosos destructores de átomos como el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Long Island, que tiene un anillo de 2.4 millas de largo (3.8 km). Los investigadores allí aceleraron los núcleos de los átomos de oro a velocidades increíbles, luego los chocaron entre sí. El infierno creado en esta explosión fue suficiente para dar lugar, brevemente, a la sopa de partículas.

Plasma de quark-gluon

"La materia normal como nosotros, materia nuclear, se llama materia hadrónica. Si excita el sistema a una temperatura muy alta, la materia normal se transformará en un tipo diferente de materia llamada plasma de quark-gluón", dijo el físico Nu Xu de los Estados Unidos. Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía en Berkeley, California.

Xu y sus colegas crearon plasma de quark-gluón al unir núcleos de oro dentro del experimento STAR (Solenoidal Tracker en RHIC), que está dentro del anillo del acelerador RHIC. [Detrás de las escenas en Humongous U.S. Atom Smasher]

Los núcleos de los átomos de oro consisten en 79 protones y 118 neutrones. Tanto los protones como los neutrones están hechos de quarks, mantenidos unidos por partículas sin masa y sin carga llamadas gluones. (Los protones contienen dos quarks "arriba" y uno "abajo", mientras que los neutrones tienen dos quarks "abajo" y un "arriba").

Cuando dos de estos núcleos de oro chocaron uno contra el otro, se fundieron en sus partes constituyentes, un enjambre incoherente de quarks y gluones. Los investigadores encontraron que esto ocurrió cuando las partículas alcanzaron una energía de 175 millones de voltios de electrones (MeV).

Esto corresponde a unos 3,7 billones de grados Fahrenheit (2 billones de grados Celsius), que es aproximadamente 125,000 veces más caliente que el centro del sol.

"Si puedes calentar el sistema a esa temperatura, cualquier hadrón se fundirá en quarks y gluones", dijo Xu a WordsSideKick.com.

Un nuevo avance

Esta no era la primera vez que los físicos creaban plasma de quarks y gluones. Los primeros indicios de que RHIC había producido el estado extremo de la materia llegaron en 2005, y en 2010 se anunció la firme evidencia de que se había logrado. [Las partículas pequeñas más frescas de la naturaleza]

Pero hasta ahora, los científicos nunca habían podido medir con precisión la temperatura a la que los núcleos pasaban al estado de plasma de quark-gluon.

El descubrimiento permite que las investigaciones comparen mediciones duras con predicciones de una teoría llamada cromodinámica cuántica (QCD), que describe cómo la materia se agrupa fundamentalmente, incluida la forma en que los quarks se reúnen para formar protones y neutrones. Las interacciones involucradas en el plasma de quarks y gluones se rigen por un marco denominado teoría de la malla de celosía.

"Esta es la primera vez que comparamos las cantidades medidas experimentalmente con la de los cálculos del calibre de red QCD", dijo Xu, quien es el portavoz del experimento STAR. "Es el inicio de la era de las mediciones de precisión en colisiones nucleares de alta energía. Es muy emocionante".

Xu y sus colegas, dirigidos por Sourendu Gupta, del Instituto Tata de Investigaciones Fundamentales de la India, publicaron sus hallazgos en la edición del 24 de junio de la revista Science.

Caldron Suave

Al crear el caldero de quarks y gluones, los investigadores esperan aprender no solo sobre cómo se organiza la materia, sino también cómo comenzó todo nuestro universo.

De acuerdo con la teoría del Big Bang, el universo comenzó extremadamente caliente y denso, luego se enfrió y se expandió. Unos pocos microsegundos después del Big Bang, piensan los científicos, la materia todavía estaba lo suficientemente caliente como para existir en un estado de plasma de quark-gluon; Fue solo después de que los quarks se hubieran enfriado lo suficiente como para poder unirse con los gluones y formar los protones y neutrones que conforman la materia que vemos hoy.

A través de estudios como el de RHIC, así como en el acelerador de partículas más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN cerca de Ginebra, Suiza, los investigadores esperan crear más de esta materia extrema para investigar cómo sucedió esto.

"Con muchos más resultados esperados de los experimentos RHIC en el futuro cercano, se encuentran al alcance perspectivas adicionales sobre los detalles de la transición de la materia ordinaria a la materia quark", escribió el físico Berndt Müller de la Universidad de Duke en un ensayo publicado en el mismo número de Ciencia. Müller no participó en el nuevo estudio.

Puede seguir a la escritora senior de WordsSideKick.com.com, Clara Moskowitz en Twitter @ClaraMoskowitz. Sigue a WordsSideKick.com para conocer las últimas novedades y descubrimientos científicos en Twitter. @wordssidekick y en Facebook.

Nota del editor: esta historia se actualizó para corregir el hecho de que la temperatura de transición es de 125,000, no de 250,000, más caliente que el centro del sol.


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