Recrean la primera materia del Universo, y descubren que era un 'líquido perfecto'

Como consecuencia de esas colisiones, en efecto, surgió un tipo primordial de materia, conocida como plasma de quarks-gluones (QGP por sus siglas en inglés). Y resultó que se comportaba como si fuera un 'líquido perfecto'. El plasma apenas duró una pequeña fracción de segundo, pero fue tiempo más que suficiente para que, por primera vez, los científicos pudieran observar las características del QGP y lograran determinar cómo la materia evolucionó durante los primeros instantes de existencia del Universo.

Lo que hallaron fue que el plasma de quarks-gluones fluye como un líquido, ofreciendo menos resistencia que cualquier otra sustancia conocida. El trabajo, firmado conjuntamente por los casi mil investigadores de la colaboración ALICE (Large Ion Collider Experiment, uno de los cuatro detectores principales del LHC) se ha publicado en la revista 'Physics Letters B'.

«Este estudio –asegura You Zhou, del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague y coautor de la investigación– nos muestra la evolución del plasma de quarks-gluones y podría indicarnos cómo evolucionó el universo temprano durante el primer microsegundo después del Big Bang».

Se cree que después del Big Bang, el Universo consistía en una densa 'sopa' de energía que casi de inmediato, y durante una brevísima fracción de segundo, se expandió exponencialmente en un periodo conocido como 'inflación', lo que le permitió enfriarse lo suficiente como para que las partículas se unieran para formar la primera materia. Se piensa que lo primero que surgió fueron los quarks, los constituyentes básicos de la materia, y los gluones, responsables de la 'fuerza nuclear fuerte' (una de las cuatro fuerzas de la Naturaleza), que mantiene unidos a los quarks.

A medida que el Universo se fue enfriando cada vez más, quarks y gluones formaron los primeros hadrones, partículas que hoy conocemos como protones y neutrones, principales constituyentes de los núcleos atómicos.

Durante sus experimentos, los investigadores del instrumento ALICE recorrieron ese camino al revés, haciendo chocar hadrones casi a la velocidad de la luz, consiguiendo que se 'derritieran' durante un instante en sus formas primordiales y recreando así, aunque fuera por tan breve tiempo, el plasma de quarks-gluones original. Algo similar ya se había conseguido en el año 2000, pero esta es la primera vez que se logra estudiar en detalle las características de la naturaleza líquida del QGP.

Dado que el plasma solo duró 10 elevado a -23 segundos, los investigadores tuvieron que utilizar una nueva generación de simulaciones que, junto a los datos recopilados por ALICE, les permitió descubrir las propiedades de esa primera forma de materia y cómo se produjo la transición que la llevó a condensarse para formar hadrones. De esta forma, descubrieron que el QGP se comportaba como un 'líquido perfecto', lo que significa que prácticamente no tenía viscosidad ni resistencia al flujo, y también que cambiaba de forma con el tiempo de un modo muy diferente a como lo hacen otros tipos de materia.

La relación entre la viscosidad de un fluido, la medida de lo líquido que es y su densidad, decide cómo fluye. Si bien tanto la viscosidad como la densidad del plasma de quarks-gluones son aproximadamente 16 órdenes de magnitud mayores que en el agua, los investigadores encontraron que la relación de ambas propiedades entre los dos tipos de fluidos es la misma. Lo cual sugiere que uno de los estados de la materia más exóticos que existen en nuestro universo podría fluir de un grifo de la misma manera que el agua .

Los nuevos hallazgos ayudarán a los científicos a comprender mejor cómo era el Universo durante los primeros instantes tras el Big Bang. Los investigadores esperan descubrir más detalles a medida que el acelerador se vaya actualizando. Nuevos estudios ayudarán sin duda a comprender cómo los quarks y los gluones consiguen organizarse en protones y neutrones y potencialmente, concluye Zhou, «vincularse a la etapa anterior, la inflación cuántica presente en el modelo del Big Bang».