A menudo se dice que en los primeros tiempos el universo era caliente y denso.Si bien esa es una explicación razonablemente precisa, también es bastante vaga.¿Qué era lo que era caliente y denso, y en qué estado estaba?Responder a esta pregunta requiere modelos teóricos complejos y experimentos de alta energía en física de partículas.Pero como muestra una investigación reciente, estamos aprendiendo bastante.
Según la física de partículas y los modelos cosmológicos estándar, la materia apareció en el primer microsegundo del universo.Este material inicial esQuarks interactuando en un mar de gluones.Este estado de la materia se denomina Quark-Gluon Plasma (QGP).El comportamiento de los QGP se rige por fuerzas fuertes de acuerdo con las leyes de la dinámica cuántica del color (QCD).Entendemos QCD relativamente bien, pero las matemáticas en la teoría son demasiado complejas para calcular.Incluso usando supercomputadoras, es difícil calcular el estado de interacción densa de los quarks-gluones.
Una alternativa es utilizar el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.Descomponer partículas a una velocidad cercana a la de la luz puede hacer una sopa de quarks y gluones en una fracción del tiempo.La Colaboración ALICE investigó este tipo de colisiones para estudiar el estado de los QGP y cómo los plasmas hacen la transición para formar hadrones.Los dos tipos más comunes de hadrones son los protones y los neutrones que forman el núcleo de un átomo.
Uno de sus sorprendentes hallazgos es que los plasmas de quarks-gluones no se comportan como gases densos como otros plasmas.En cambio, QGP actúa como un líquido denso más parecido al agua.Como resultado, la densidad general es más suave.Esta diferencia, aunque sutil, podría ser la clave para comprender los cambios importantes que probablemente ocurrieron en el universo primitivo.
En el modelo cosmológico estándar, el universo primitivo experimentó cambios de fase dramáticos para convertirse en el universo que vemos hoy.Antes del período QGP, hubo un período de expansión exponencial del universo.El universo observable casi inmediatamente se expande diez veces26Se enfría 100.000 veces.Esta expansión y subenfriamiento guían el período QGP, por lo que comprender el comportamiento del fluido ayuda a estudiar esa transición.
Todavía hay mucho que aprender sobre el universo primitivo.Un estudio como este en la colaboración ALICE es fundamental para nuestra comprensión.Empujan los límites de la física de alta energía y continúan desafiando nuestras expectativas.
referencia:Acharya, S., et al.“Medida de la acumulación de armónicos mixtos en colisiones Pb-Pb en sNN = 5,02 TeV.”Letras de física B (2021): 136354.