"Sopa" Primordial De Big Bang Recreado

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La recreación de la sopa de partículas que siguió inmediatamente después del big bang podría contribuir a la "teoría de todo" de la física.

La sopa primordial de materia que existía solo una fracción de segundo después de que el Big Bang ahora se esté recreando en los colisionadores de partículas más poderosos del mundo.

Dicha investigación no solo podría ayudar a arrojar luz sobre estados exóticos de la materia, sino también sobre si existen dimensiones adicionales de la realidad, un descubrimiento que podría ayudar a conducir a la llamada "teoría de todo", dicen los investigadores.

Los corazones de los átomos de los que estamos hechos consisten en protones y neutrones. Estas partículas subatómicas, a su vez, están formadas por bloques de construcción conocidos como quarks, que están pegados entre sí por partículas llamadas gluones.

Los quarks están unidos extraordinariamente fuertemente unidos por gluones. Sin embargo, en las primeras diez millonésimas de segundo después del Big Bang, el universo fue lo suficientemente caliente como para mantener a los quarks separados. El resultado hubiera sido una mezcla densa y caliente de quarks y gluones conocida como plasma de quark-gluon. Queda mucho por saber acerca de cómo habría sido esta sopa primordial, ya que los quarks y los gluones pueden interactuar entre sí de formas extraordinariamente complejas.

"Tenemos un nuevo estado de la materia para el cual podemos escribir la ley matemática que gobierna sus propiedades en una sola línea, pero después de 30 años de investigación teórica, todavía no entendemos su estructura microscópica, incluso en términos generales", dijo el físico teórico. Berndt Müller en Duke University en Durham, NC "La razón de esto es que todavía nos faltan las matemáticas que nos permitirían predecir la estructura y propiedades del plasma de quark-gluón a partir de su ley de física básica. Podemos calcular algunas de sus propiedades por medio del poder de la computadora en bruto, pero eso no nos dice cómo funciona ".

Nuevos horizontes

Ahora, los colisionadores de partículas más poderosos del mundo están recreando esta sopa primordial calentando la materia a más de 3.6 trillones de grados Fahrenheit (2 trillones de grados Celsius). La esperanza es que una mejor comprensión de los plasmas de quark-gluones pueda arrojar luz sobre la evolución del universo. [Física retorcida: 7 hallazgos alucinantes]

Los colisionadores en cuestión toman iones pesados ​​(átomos a los que se les ha eliminado la nube externa de electrones) y los golpean entre sí cuando viajan a casi la velocidad de la luz. Esto libera brevemente sus quarks y gluones constituyentes.

El Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) en el Brookhaven National Laboratory fue el primer colisionador de iones pesados ​​del mundo, y ha explorado los plasmas de quark-gluones desde el año 2000. El acelerador de partículas más poderoso del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). en la frontera franco-suiza, también colisionan iones pesados, aunque solo alrededor de un mes por año.

Sorprendentemente, los experimentos en RHIC revelaron que los plasmas de quark-gluones son líquidos casi perfectos, "el mejor líquido jamás descubierto", dijo Müller a WordsSideKick.com. Esto significa que fluyen prácticamente sin viscosidad (o resistencia), datos confirmados posteriormente por el LHC.

Los científicos esperaban que los plasmas de quark-gluón se comportaran más como un gas, cuyos componentes interactúan solo débilmente entre sí. El hecho de que se comporten más como un líquido sugiere que sus componentes interactúan más fuertemente entre sí.

Inesperadamente, dicho comportamiento líquido se predice en escenarios que involucran teorías de supercuerdas. Estos escenarios sugieren que existen otras dimensiones de la realidad que no son el espacio y el tiempo para unir los modelos existentes de cómo las fuerzas del universo funcionan en una sola teoría que abarca todo. Estos hallazgos de colisionadores de partículas, por lo tanto, sugieren que una mayor exploración de los plasmas de quark-gluones podría ayudar a reunir la evidencia necesaria para descubrir una "teoría de todo".

"Ha habido un enorme esfuerzo en las últimas décadas para explorar los fenómenos físicos que surgen de las teorías de supercuerdas con sus dimensiones adicionales", dijo Müller. "El plasma de quark-gluón está proporcionando un banco de pruebas para estas ideas muy especulativas. Puede que sea un poco exagerado, pero quizás se podría decir que los experimentos de iones pesados ​​en RHIC y LHC actualmente nos brindan las mejores pruebas de cómo ciertos aspectos de la teoría de cuerdas podría funcionar." [Top 10 fenómenos inexplicables]

Materia misteriosa

Los plasmas de quark-gluones también pueden arrojar luz sobre otros estados exóticos de la materia cuyos constituyentes interactúan fuertemente con otros y en los que el extraño mundo de la física cuántica juega un papel clave. Un ejemplo incluye los condensados ​​de Bose-Einstein, donde muchos átomos trabajan juntos para comportarse esencialmente como "superátomos" gigantes.

"Hay un gran impulso para explorar las nuevas oportunidades que ofrece la mecánica cuántica para diseñar nuevos materiales con propiedades exóticas", dijo Müller. "Puedes llamarlo 'ingeniería cuántica'".

Las actualizaciones recientes en RHIC han aumentado los tipos de partículas que colisionan, han extendido el rango de las energías en las que opera y han mejorado la precisión de sus detectores, lo que debería ayudarlo a analizar mejor los plasmas de quark-gluones. El LHC también ayudará a probar los hallazgos de RHIC.

La investigación en RHIC y LHC también ahora está comenzando a explorar experimentalmente un misterioso estado de la materia que puede existir antes de que se formen los plasmas de quark-gluones, una mezcla densa de gluones conocida como "glasma".

"Los datos continúan sorprendiéndonos", dijo Müller.

Müller y su colega Barbara Jacak detallaron esta investigación en el número del 20 de julio de la revista Science.

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