"La materia nuclear en el Universo actual se esconde dentro de los núcleos atómicos y estrellas de neutrones", comienzan los autores, Barbara Jacak, una profesora de física en la Universidad Stony Brook, y portavoz del experimento PHENIX en el RHIC, y Berndt Mueller , un físico teórico en la Universidad de Duke. Las colisiones entre iones pesados en máquinas como el RHIC, funciona desde el año 2000 y, más recientemente,en el LHC,lo que hace a este reino oculto accesible para recrear las condiciones extremas de los inicios del universo en una escala microscópica. Las temperaturas alcanzadas en estas colisiones - más de 4 billones de grados centígrados,lo más caliente que jamás se haya creado en un laboratorio – brevemente liberan a los quarks y los gluones subatómicos que componen los protones y neutrones de los núcleos atómicos ordinarios para que los científicos puedan estudiar sus propiedades e interacciones.
"Los quarks y los gluones que los mantienen unidos son los componentes básicos de toda la materia visible que existe en el universo hoy en día - desde las estrellas, los planetas,y hasta las personas", dijo Jacak. "La comprensión de la evolución de nuestro universo por lo tanto requiere el conocimiento de la estructura y dinámica de estas partículas en su forma más pura, una primordial 'sopa' que se conoce como plasma quark-gluon (QGP)."
El RHIC fue la primera máquina en demostrar la formación del plasma quark-gluón, y determinar sus propiedades inesperadas. En lugar de un gas ideal de débilmente interactuantes quarks y gluones, el QGP descubierto en el RHIC se comporta como un líquido sin apenas fricción. Esta materia extremadamente baja en viscosidad (cerca de la más baja teóricamente posible), tiene la capacidad para detener energéticos chorros de partículas en sus trayectorias, y la obtención muy rápida de una alta temperatura de equilibrio, sugieren que los componentes del fluido están interactuando fuertemente, o están acoplados.
diagrama de fase nuclear,el RHIC explora en el nivel de energía "idóneo" para observar la transición de la materia ordinaria compuesta de hadrones a la materia del temprano universo conocida como plasma quark-gluón.Crédito .Brookhaven National Laboratory.
"La comprensión de los sistemas fuertemente acoplados o fuertemente correlacionados está a la vanguardia intelectual de varios subcampos de la física", escriben los autores. Los hallazgos en el RHIC tienen conexiones inesperadas a varios de ellos, incluyendo plasmas convencionales, superconductores, e incluso algunos átomos en el extremo opuesto de la escala de temperatura, una mínima fracción de un grado por encima del cero absoluto – los cuales también se comportan como un fluido casi perfecto con muy baja viscosidad cuando están confinados dentro de una trampa atómica.
Otra impresionante sorpresa fue que los enfoques matemáticos utilizando los métodos de la teoría de cuerdas y teóricos agujeros negros ocupando dimensiones extra podrían ser utilizados para describir algunos de estos aparentemente no relacionados sistemas fuertemente acoplados, incluyendo el líquido casi perfecto del RHIC. " Los físicos estaban asombrados ", señalan los autores. Aunque la matemática es clara y bien establecida, las razones físicas para la relación siguen siendo un profundo misterio.
Cuando el LHC comenzó sus primeros experimentos de iones pesados en el 2010 - a la energía casi 14 veces mayor que el RHIC - ellos en gran medida confirmaron los hallazgos pioneros del RHIC de la evidencia de un líquido fuertemente acoplado y de baja viscosidad, aunque a una temperatura de alrededor del 30 por ciento más alta que en el RHIC . Con un rango de energía más alto, el LHC ofrece una tasa más alta de partículas raras, tales como los pesados quarks (charm y bottom), y chorros de alta energía que pueden probar las propiedades particulares del sistema QGP. El RHIC puede ir a más bajas energías y colisionar una amplia gama de iones desde protones, de cobre,oro, y uranio - y producir colisiones asimétricas entre dos diferentes tipos de iones. Esta flexibilidad en el RHIC permite a los científicos producir un QGP bajo una amplia variedad de condiciones iniciales, y de ese modo para distinguir las propiedades intrínsecas del QGP desde la influencia de las condiciones iniciales.
"Las dos instalaciones son realmente complementarias", dijo Mueller, cuyo trabajo sobre la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría que describe las interacciones de los quarks y los gluones, ayuda a los experimentos como guía y a interpretar los resultados en ambas instalaciones. "Tanto el RHIC como el LHC son esenciales para avanzar en nuestra comprensión de las interacciones subatómicas que regían el universo temprano , y cómo aquello dió forma a la materia de hoy, cuando colapsaron en las formas más comunes. "
Una parte esencial de la investigación experimental y teórica del futuro será una exploración detallada del "diagrama de fase nuclear - como la materia de quarks evolucionó sobre un rango de energías, temperaturas y densidades. El LHC va a buscar en el más alto rango de energías, donde la materia producida contiene quarks y antiquarks en el equilibrio casi total. Pero toda la evidencia hasta la fecha desde ambos colisionadores sugiere que el RHIC se encuentra en la energía de "dulce avistamiento" para explorar la transición de la materia ordinaria al QGP - análogo a la forma en que una sustancia común y corriente como el agua cambia de fases de hielo a agua líquida y a gas.
"Es muy gratificante que nuestro programa experimental ha estado tan bien hasta ahora. Las conexiones con otras áreas de la física son intrigantes, y los resultados están resultando ser aún más interesante de lo que esperábamos ", dijo Jacak.
se puede encontrar el estudio de Barbara Jacak AQUÍ.
fuente de la información:
http://phys.org/news/2012-07-physicists-primordial-soup.html
