En física existe la hipótesis de que una de las formas más primitivas de materia del universo apareció hace unos 13.800 millones de años, justo después del Big Bang, el modelo científico que explica el origen del universo a partir de la concentración de cada partícula de energía en un solo punto que luego explotó con una fuerza inimaginable.
Ese estado primitivo de la materia era tan caliente y denso que todavía no podían formarse protones ni neutrones, dos de los principales componentes de los núcleos de los átomos.
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Con el paso del tiempo, y a medida que el universo se expandió y se enfrió, los quarks y los gluones —las partículas que forman y mantienen unidos a los protones y neutrones— dejaron de moverse libremente y comenzaron a agruparse. Así surgieron estas partículas que, mucho después, formarían los núcleos de los átomos y darían paso a la materia tal como la conocemos.
Con esto en mente y también con la pregunta de qué tan pequeño puede llegar a ser un Big Bang, científicos de la Colaboración ALICE de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) llevaron a cabo un experimento en el que lograron recrear señales de la materia que llenó el universo durante sus primeros instantes, pero utilizando núcleos atómicos mucho más pequeños de los empleados hasta ahora. O sea, reprodujeron algo así como un “mini Big Bang”.
El resultado abre una nueva posibilidad para estudiar una forma de materia que habría existido apenas unas millonésimas de segundo después del Big Bang, como explican en el artículo publicado recientemente en la revista Physical Review Letters.
Se trata de un estado de la materia que hoy ya no existe de forma natural. Los quarks y los gluones son partículas que forman y mantienen unidos a los protones y neutrones, que a su vez hacen parte de los átomos.
Sin embargo, en los primeros instantes del universo, la temperatura era tan alta que estas partículas todavía no podían permanecer unidas. En lugar de estar agrupadas dentro de protones y neutrones, se movían libremente, como una especie de “sopa primordial”, como le han llamado los investigadores.
A medida que el universo se expandió y se enfrió, esa “sopa” desapareció: los quarks y los gluones comenzaron a unirse y quedaron atrapados dentro de protones y neutrones, que con el tiempo formarían los núcleos de los átomos, que más tarde dieron origen a las estrellas y los planetas.
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Para estudiar cómo era esa materia en los primeros momentos del universo, los científicos utilizaron el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande y potente del mundo ubicado en la frontera entre Francia y Suiza que está funcionando desde 2008 y que ha permitido realizar descubrimientos como el bosón de Higgs, también conocida como “La partícula de Dios”.
En esos choques se concentra una enorme cantidad de energía en un espacio pequeño. El resultado dura apenas una fracción de segundo, pero puede alcanzar temperaturas y densidades extremas, similares a las que existieron en el universo temprano. De esta manera es que el colisionador permite recrear durante un instante algunas de las condiciones que existieron cuando el universo apenas comenzaba a formarse.
Lo que también quería hacer con este experimento era plantearse y comenzar a responder al interrogante de qué tan pequeña puede ser una colisión para que aparezcan las características de este estado extremo de la materia.
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Cuando los investigadores hicieron chocar núcleos de oxígeno y neón observaron que el plasma de quarks y gluones desaparece casi de inmediato, por lo que no puede observarse directamente. Sin embargo, las partículas que quedan después de la colisión conservan información sobre lo que ocurrió durante ese breve instante.
Una de las pistas más interesantes, según el artículo científico publicado, está en la forma en que esas partículas se distribuyen y se mueven. Los patrones que dejaron las colisiones parecen estar relacionados con la forma de los núcleos que chocaron.
Es decir, la forma del núcleo deja una especie de huella en el resultado de la colisión por lo que estudiarla puede ayudar a los científicos a entender mejor cómo están organizados los núcleos atómicos y qué ocurre con la materia cuando alcanza temperaturas y densidades extremas.
Es clave comprender que esto no significa que los investigadores hayan recreado literalmente el Big Bang. No crearon un nuevo universo ni reprodujeron exactamente lo que ocurrió hace unos 13.800 millones de años.
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Lo que hicieron fue generar, durante una fracción diminuta de segundo y en una escala mucho más pequeña, algunas condiciones físicas parecidas a las que existieron en los primeros momentos del universo.
Bloque de preguntas y respuestas:
- ¿Qué es el plasma de quarks y gluones y cuándo existió?
- El plasma de quarks y gluones es un estado de la materia extremadamente caliente y denso en el que estas partículas podían moverse libremente, sin estar confinadas dentro de protones y neutrones. Según los científicos, existió durante los primeros instantes del universo, apenas unas millonésimas de segundo después del Big Bang.
- ¿Cómo hicieron los científicos el “mini Big Bang”?
- Los científicos hicieron chocar núcleos de oxígeno-16 y neón-20 a velocidades cercanas a la de la luz en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Estos choques concentraron una enorme cantidad de energía en un espacio muy pequeño y produjeron, durante una fracción diminuta de segundo, condiciones similares a las que existieron en los primeros momentos del universo.
- ¿Qué es el Gran Colisionador de Hadrones y para qué sirve?
- El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. Está ubicado en la frontera entre Francia y Suiza y permite acelerar partículas a velocidades cercanas a la de la luz para hacerlas chocar y estudiar qué ocurre en esas colisiones. En este experimento, los científicos lo utilizaron para recrear durante una fracción de segundo algunas de las condiciones que existieron en los primeros momentos del universo.
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