Avanzan en el estudio del plasma de quarks y gluones

Por Verenise Sánchez

Ciudad de México. 23 de febrero de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Con apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), un grupo de científicos mexicanos participó en uno de los avances más importantes que recientemente presentó el experimento A Large Ion Collider Experiment (ALICE), del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés).

Se trata de los investigadores Antonio Ortiz Velásquez, Guy Paić y Eleazar Cuautle, de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), e Iraís Bautista, de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), además de estudiantes de posgrado de ambas instituciones.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Ortiz Velásquez, quien es coordinador del Grupo de Física SPECTRA del experimento ALICE, destacó que en la conferencia más importante de esta área (Quark Matter 2017), la colaboración ALICE resaltó los resultados producidos por el grupo mexicano en torno al enigmático plasma de quarks y gluones (QGP, por sus siglas en inglés), que se formó millonésimas de segundos después del Big Bang.

Antonio Ortiz.En los primeros instantes luego de la gran explosión, la materia primordial del universo pasó a un estado conocido como plasma de quarks y gluones, que es una mezcla muy densa y caliente.

La densidad del QGP es tan elevada que una pieza del tamaño de la cabeza de un alfiler contiene tanta materia como la Gran Pirámide de Egipto. Y su temperatura es tal que rebasaría la temperatura del centro del sol, según información del libro El gran colisionador de hadrones y el proyecto ALICE, del físico Gerardo Herrera Corral.

Pero este plasma solo existió unos microsegundos, ya que después se enfrió lo suficiente como para formar los protones y neutrones que conforman a los átomos, los cuales a su vez forman todo lo que nos rodea.

Hoy en día esa “sopa primitiva” aún es un misterio para los científicos, ya que esta etapa del universo solo puede ser estudiada llevando la materia a condiciones de alta densidad de energía, lo cual se logra a través de colisiones de iones pesados.

Aunque desde hace varias décadas se ha estudiado, aún se sabe poco. En 2005, los experimentos del Colisionador de Iones Pesados Relativista (RHIC, por sus siglas en inglés) anunciaron el descubrimiento de la formación de un QGP que se comportaba más como un líquido perfecto que como un gas, y tal estado fue nombrado sQGP.

No obstante, aún faltan muchas interrogantes por responder: ¿cómo a partir de interacciones fundamentales de quarks y gluones emerge el sQGP?, ¿cuáles son sus propiedades?, y ¿cuál es el tamaño más pequeño de la gota de sQGP que podemos crear en el laboratorio?, entre otras.

Pero para saber eso, los científicos se enfrentaban a desafíos tecnológicos que les permitieran alcanzar mayor intensidad en sus experimentos y poder recrear las condiciones a las cuales se enfrentó el universo hace 13 mil 800 millones de años.

En la segunda corrida del LHC que inició en 2015, se alcanzó una intensidad de 5.02 teraelectronvoltios (TeV) para las colisiones de iones pesados, lo cual es casi el doble que en su primera corrida.

“Los iones de plomo colisionaron a una energía récord, mayor a un petaelectronvoltio (PeV), que es más o menos la energía necesaria para levantar una pelota de beisbol, solo que dicha energía se deposita en una región millones de veces más pequeña que la punta de un alfiler”, resaltó el especialista.Antonio Ortiz.

Con la intensidad alcanzada en el LHC, el grupo de científicos mexicanos contribuyó en la medición de la expansión del sQGP y su opacidad. Lo cual es muy importante para saber cómo era el universo en su etapa más temprana y por qué los quarks se confinan o agrupan como lo hacen para formar los protones o neutrones.

¿QGP en colisiones de protones?

Además de los estudios con colisiones de iones pesados, actualmente las colisiones de protones a muy altas energías han recibido especial atención, pues en el LHC se han descubierto señales parecidas a las dejadas por el sQGP en sistemas que se asumían libres de efectos de la materia caliente y densa.

Por ello, este grupo de científicos mexicanos también trabaja en el desarrollo de nuevas técnicas que permitan establecer el origen de los efectos observados en las colisiones de protones. Pues de establecerse la formación del sQGP en colisiones de protones, la comunidad estaría ante un cambio de paradigma.

Los misterios que aún guarda el plasma de quarks y gluones podrían ser develados en los próximos años, cuando se hagan estudios más diferenciales, concluyó Antonio Ortiz Velásquez.