En el Gran Colisionador de Hadrones, las colisiones de núcleos pesados no solo generan una avalancha de datos, sino que también ofrecen una breve visión del universo primitivo. Durante un instante fugaz, protones y neutrones se “disuelven” en un plasma de quarks y gluones, una sustancia ultracaliente donde los ladrillos fundamentales de la materia se mueven libremente. Esta fase es la misma que dominó el cosmos microsegundos después del Big Bang.
Un reciente estudio de la colaboración CMS, publicado en Physics Letters B, examina con un detalle sin precedentes cómo se comporta este plasma cuando una partícula de alta energía lo atraviesa. En lugar de centrarse en señales grandes, el estudio se centra en una alteración extremadamente sutil en la distribución de partículas. Este diminuto efecto, casi imperceptible, proporciona información sobre la naturaleza del plasma que llenó el universo en sus primeros instantes.
Primer milisegundo del cosmos recreado en laboratorio: un hallazgo casi invisible con impacto gigantesco
Cuando núcleos de plomo colisionan a velocidades cercanas a la luz, la temperatura alcanza niveles tan extremos que los átomos desaparecen. En este escenario, la cromodinámica cuántica predice que los quarks y gluones se desconfinan, formando el plasma de quarks y gluones. El experimento combinó colisiones plomo-plomo a 5,02 TeV por par de nucleones con colisiones protón-protón de referencia, lo que permitió diferenciar los efectos del plasma de fenómenos que ocurren en medios más simples.
En términos más sencillos, es como si los ladrillos fundamentales de la materia, los protones y neutrones, se derritieran momentáneamente, liberando sus componentes básicos, los quarks y gluones. Estas partículas pueden moverse libremente antes de que la materia se reforme. Al estudiar el comportamiento de estas partículas en esta “sopa primordial”, los científicos pueden obtener información sobre la naturaleza de la materia en los albores del universo.
Para estudiar las interacciones, los investigadores utilizaron el bosón Z como guía. Este no se ve afectado por el plasma, sirviendo como referencia limpia de la energía inicial del quark. Al analizar la distribución angular y la rapidez de los hadrones en relación con el bosón, detectaron una modificación significativa en las colisiones centrales de plomo, especialmente en partículas de bajo momento transversal.
La reducción de la densidad de partículas en la dirección del bosón Z sugiere que el quark de alta energía arrastra y deforma el plasma a su paso. Estos resultados confirman la existencia de un retroceso del medio y revelan que el QGP se comporta como un fluido colectivo capaz de redistribuir energía. Aunque el efecto es pequeño, las diferencias observadas ya aportan información crucial sobre la viscosidad y la dinámica del plasma. Incluso a casi 14.000 millones de años luz de distancia en el tiempo, una perturbación microscópica nos permite descifrar las huellas de la materia primordial y comprender el flujo del cosmos en sus primeros instantes.
