¿Qué ocurrió en los primeros instantes del Universo, antes de que existieran los componentes básicos de la vida y del mundo que conocemos hoy?
En el CERN, los investigadores pueden hacer colisionar núcleos atómicos a casi la velocidad de la luz, creando diminutas gotas de la materia primordial que llenaba el Universo durante su primera millonésima de segundo. Esta materia se conoce como plasma de quarks y gluones y se cree que fue la forma más primigenia de materia en el Universo.
“Hemos superado los límites del tamaño mínimo que pueden tener los núcleos atómicos sin dejar de recrear esta materia primordial, lo que podríamos llamar un pequeño Big Bang. Ahora sabemos más sobre las condiciones fundamentales necesarias para que la materia transite a este estado extremo”, afirmó el profesor asociado You Zhou, quien dirigió el experimento y hasta hace poco trabajaba en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague.
“Esperemos que esto nos ayude a comprender mejor cómo se comportó el plasma durante los primeros instantes del Universo, y cómo evolucionó posteriormente hasta convertirse en las formas de materia que componen todo lo que nos rodea”, agregó.
Los resultados de la investigación, obtenidos en el marco del experimento internacional ALICE, acaban de publicarse en la prestigiosa revista Physical Review Letters.
Un Big Bang microscópico con forma de bolos #
Aquí, resulta que el patrón de movimiento de las partículas revela la forma del núcleo atómico. Mientras que las colisiones entre dos núcleos de oxígeno producen un patrón más redondeado, las colisiones que involucran neón producen un patrón con forma de bolo.
“Las partículas de la materia primordial están directamente determinadas por la forma geométrica del núcleo atómico. Si los dos núcleos que colisionan son esféricos, obtenemos un patrón. Si tienen forma de bolos, obtenemos otro. Al estudiar cómo se mueven las partículas después de la colisión, podemos obtener información sobre los núcleos atómicos que, de otro modo, sería difícil de conseguir para los físicos”, explicó el investigador postdoctoral Emil Gorm Dahlbæk Nielsen, del Instituto Niels Bohr, coautor del estudio.
“Es un poco como iluminar un objeto y ver su sombra. No se puede ver el objeto directamente, pero su sombra revela su forma. Del mismo modo, el movimiento de las partículas revela la forma geométrica de los núcleos atómicos que estaban presentes al comienzo de la colisión”, detalló Nielsen
Arraigada en el Instituto Niels Bohr #
La forma de un núcleo atómico no es simplemente una cuestión de geometría. Revela cómo se organizan los protones y neutrones y proporciona información importante sobre la fuerza nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, que los científicos aún están trabajando para comprender por completo.
Hasta ahora, los investigadores han estudiado principalmente la estructura nuclear a bajas energías, por ejemplo, mediante el estudio de la rotación y las vibraciones de los núcleos atómicos.
Los investigadores describen el potencial de este enfoque como un posible cambio de paradigma. Si el método se desarrolla aún más, podría ofrecer una nueva forma de investigar otros núcleos atómicos cuyas estructuras aún no se comprenden del todo.
¿Qué sigue? #
“Lo fascinante es que podemos usar el mismo experimento tanto para aprender sobre la estructura de los núcleos atómicos como para comprender mejor lo que sucedió durante el nacimiento del Universo. Resulta que estas dos cosas están mucho más relacionadas de lo que uno podría pensar inicialmente”, concluyó You Zhou.
¿Qué es el plasma de quarks-gluón? #
A medida que el Universo se expandía y se enfriaba, los quarks y los gluones se fueron uniendo gradualmente para formar, entre otras cosas, protones y neutrones. Estos se convirtieron posteriormente en los componentes básicos de los núcleos atómicos y, en última instancia, en la materia ordinaria que compone las estrellas, los planetas y a nosotros mismos.
Cita #
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El estudio Evidence of Nuclear Geometry-Driven Anisotropic Flow in O+O and Ne+Ne Collisions at √𝑠NN=5.36 TeV (Evidencia de flujo anisotrópico impulsado por la geometría nuclear en colisiones O+O y Ne+Ne a √𝑠NN=5,36 TeV) fue publicado en la revista Physical Review Letters. Autores: I. J. Abualrob, S. Acharya, G. Aglieri Rinella, L. Aglietta, N. Agrawal, Z. Ahammed, S. Ahmad, I. Ahuja, Z. Akbar et al. (Colaboración ALICE)
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El estudio se llevó a cabo en el marco de la colaboración internacional ALICE en el CERN y fue publicado en Physical Review Letters a sugerencia de los editores.
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You Zhou, Emil Gorm Dahlbæk Nielsen y Zhiyong Lu, del Instituto Niels Bohr, desempeñaron papeles fundamentales en el trabajo que se menciona.
Financiación #
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El estudio fue financiado por el proyecto InitialConditions del ERC.
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El artículo Researchers create a Little Big Bang: Bowling-pin-shaped nuclei shed new light on the Universe’s first moments fue publicado en la sección de novedades de la Universidad de Copenhague
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