Recrean el plasma primigenio que existió un microsegundo después del Big Bang

La teoría más aceptada sobre los inicios del Universo dice que hace casi 14.000 millones de años, existía solamente un pequeño punto unidimensional conocido como singularidad, que contenía una vasta gama de partículas fundamentales. El calor y la energía extremadamente altas hicieron que estallara una colosal explosión para después expandirse en el cosmos como lo conocemos, una expansión que continúa hasta el día de hoy.

El resultado inicial de ese Big Bang fue un líquido intensamente caliente y energético que rondó los 5.500 millones de grados Centígrados y apenas duró unos pocos microsegundos. Pero esta sopa original contenía nada menos que los bloques de construcción de toda la materia. A medida que el Universo se enfrió, las partículas decayeron o se combinaron dando lugar a ¡todo!

Esa misteriosa sustancia se denominada «plasma de quark-gluón» al estar formada por quarks (las partículas fundamentales) y gluones, que Rosi J. Reed, profesora asistente en el Departamento de Física de la Universidad de Lehigh, describe como «lo que los quarks usan para hablar entre sí».

El equipo de Reed ha recreado las circunstancias existentes en los comienzos del Universo, al chocar iones pesados, como el oro, a casi la velocidad de la luz, generando un entorno que es 100.000 veces más caliente que el interior del Sol. La colisión imita cómo el plasma de quark-gluón se convirtió en materia después del Big Bang , pero a la inversa: el calor derrite los protones y neutrones de los iones, liberando los quarks y los gluones ocultos en su interior. Para ello, ha utilizado el detector STAR, un instrumento múltiple del tamaño de una casa que pesa 1.200 toneladas y es capaz de rastrear las miles de partículas producidas por cada colisión de iones en busca de la firmas de ese enigmático plasma.

Usando los diversos detectores STAR, el equipo ha colisionado iones en diferentes energías. El objetivo es mapear los diferentes puntos de transición a medida que el material cambia bajo condiciones variables de presión y temperatura. De igual manera, intentan echar un vistazo a la fuerza nuclear fuerte , también conocida como Cromodinámica Cuántica , que es la fuerza fundamental más potente de las cuatro existentes conocidas (las otras son la electromagnética, la nuclear débil y la gravitatoria) y la que mantiene unidos a los protones cargados positivamente.

«Hay un montón de protones y neutrones en el centro de un ion», explica Reed. «Estos están cargados positivamente y deberían repelerse, pero hay una 'fuerza fuerte' que los mantiene juntos, lo suficientemente fuertes como para superar su tendencia a separarse».

Otros investigadores han conseguido antes recrear ese líquido primigenio en laboratorio pero, según Reed, es fundamental comprender cómo ese plasma evoluciona y acaba transformándose en materia normal. «Es una oportunidad única para aprender cómo una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza opera a densidades de temperatura y energía similares a las que existían solo microsegundos después del Big Bang», dice la investigadora.

El equipo de STAR ha recolectado evidencias observables con «resultados intrigantes», pero aún no ha reunido suficientes para poder realizar conclusiones firmes para un descubrimiento. La segunda fase del proyecto, que incluye una actualización del detector, podría llevar a las mismas a lo largo de este año o el próximo.