Logran recrear la «sopa primordial» de materia tras el Big Bang

El LHC no deja de ser noticia. El acelerador más poderoso del mundo, con sus 27 kilómetros de circunferencia y sus cientos de poderosos imanes, hizo colisionar ayer núcleos de plomo a la mayor energía jamás conseguida hasta el momento. El pasado verano, el gran colisionador de partícuas ya logró un record energético en la colisión de protones , pero esto es muy diferente. De hecho, no es lo mismo acelerar una partícula individual que un núcleo atómico complejo, como lo es el de plomo, que está formado por 208 protones y neutrones.

El objetivo de estos experimentos es comprender un poco mejor las propiedades de la materia apenas unos instantes después del Big Bang , cuando en el Universo naciente las interacciones entre partículas se producían a unos enormes niveles de energía que, hasta ahora, habían sido imposibles de alcanzar en un laboratorio.

Justo al principio, es decir, a pocas milmillonésimas de segundo del instante del Big Bang, el Universo estaba hecho de una «sopa primordial» de partículas fundamentales (especialmente quarks y gluones) extraordinariamente densa y espesa. Es decir, en un estado llamado «plasma quark-gluon» o QGP, por sus siglas en inglés. Pero en muy poco tiempo, aproximadamente una millonésima de segundo después del Big Bang, todos los quarks y gluones que viajaban libremente se vieron confinados en el interior de protones y neutrones, que son los principales constituyentes de los núcleos de todos los átomos que existen en la actualidad.

Fue entonces cuando la llamada Fuerza nuclear fuerte (cuya partícula mediadora es precisamente el gluón) hizo que los quarks se unieran para quedar atrapados en el interior de las partículas que, después, formaron los primeros núcleos atómicos. Pero ese estado inicial de la materia, cuando los quarks y los gluones viajaban libremente por el Universo recién nacido, se puede recrear en laboratorio. Y eso es precisamente lo que los físicos han conseguido en este experimento en el LHC, durante el que se han conseguido las mayores temperaturas alcanzadas hasta ahora en una colisión de iones de plomo.

« La energía de colisión entre dos núcleos alcanzó los 1.000 TeV (Teraelectronvoltios), que es la misma que tendría un abejorro que chocara contra nuestra mejilla durante un día de verano -explica Jens Jørgen Gaardhøje, profesor del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhaguen e investigador del experimento ALICE del LHC -. Solo que en la colisión entree dos núcleos, esa energía está concentrada en un volumen que es aproximadamente 10-27 (10 elevado a la menos 27) veces menor (es decir, un billón de veces más pequeño). La concentración de esa energía (su densidad) es, por lo tanto, tremenda, y nunca se había conseguido alcanzarla bajo condiciones terrestres".

Jens Jørgen Gaardhøje explica que el propósito de estas colisiones es transformar la mayor parte de la enorme energía cinética de los núcleos atómicos en materia , en forma de una serie de nuevas partículas (quarks), y de sus correspondientes antipartículas (antiquarks), en consonancia con la famosa ecuación de Einstein de E=Mc2 . Estas colisiones, pues, crearon, durante un fugaz instante, un pequeño volumen de materia hecha exclusivamente de quarks, antiquarks y gluones y a unas temperaturas de 4.000 millones de grados centígrados. Es decir, las mismas que reinaban inmediatamente después del Big Bang.

«Aunque aún es muy pronto para un análisis completo, los primeros resultados nos dicen que por cada colisión entre dos iones de plomo conseguimos crear unas 30.000 partículas nuevas -explica Jens Jørgen Gaardhøje-. Lo cual corresponde a una densidad de energía sin precedentes y 40 veces mayor que la densidad de energía de un protón».

Esta enorme densidad de energía permitirá a los investigadores desarrollar modelos nuevos y más detallados del plasma quark-gluón y de la fuerza nuclear fuerte, que une a los quarks permitiendo que se formen núcleos atómicos. Y también comprender las condiciones que reinaban en el Universo recién nacido, a solo una milmillonésima de segundo del Bing Bang.