Durante un microsegundo después del inicio del tiempo, el cosmos no tenía estrellas, planetas ni átomos normales. En cambio, el universo estaba lleno de una sopa caótica llamada plasma de quarks y gluones. En este ambiente extremo, los componentes básicos de la realidad se movían libremente.
Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Niels Bohr de Dinamarca ha recreado ese ambiente antiguo. Al realizar experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones, los científicos generaron esta materia primordial en un laboratorio. Lo lograron al chocar núcleos atómicos mucho más pequeños que los usados antes.
La investigación se realizó cerca de Ginebra, Suiza, dentro del acelerador de partículas más potente del mundo. El Gran Colisionador de Hadrones es una máquina de 27 kilómetros. Dentro de esta instalación está el detector ALICE, un proyecto con unos 1.800 científicos de todo el mundo. Aquí, los investigadores recrean las altas temperaturas y densidades necesarias para derretir protones y neutrones en su estado original.
Como este plasma primordial se enfría y se rompe casi al instante, los científicos no pueden observarlo directamente. En cambio, estudian lo que sucede después. Analizan cómo las partículas se dispersan después de que el plasma se deshace.
Emil Gorm Dahlbæk Nielsen, investigador del Instituto Niels Bohr, comparó el proceso con mirar una silueta. "Es como si ilumináramos un objeto y viéramos su sombra", dijo. "No puedes ver el objeto, pero su sombra revela la forma geométrica de los núcleos atómicos presentes al inicio de la colisión".
De la misma manera, el movimiento de las partículas revela la forma geométrica de los núcleos atómicos presentes al inicio de la colisión.
Este enfoque de alta energía es un gran cambio en la física nuclear. Durante décadas, los científicos estudiaban los núcleos atómicos con observaciones de baja energía, viendo cómo vibraban y rotaban.
You Zhou, profesor del Instituto Niels Bohr, destacó el valor de este nuevo método. "En lugar de investigar los núcleos a baja energía, los hacemos chocar a las energías más altas que podemos crear, y ahora podemos leer su forma por la huella que dejan", explicó. Zhou dijo que con este trabajo, el equipo ha ampliado los límites de cuán pequeño puede ser un núcleo atómico y aun así producir el plasma primordial.
Este avance ofrece una doble recompensa. "Lo fascinante es que podemos usar el mismo experimento para aprender sobre la estructura de los núcleos atómicos y para entender mejor lo que sucedió durante el nacimiento del universo", dijo Zhou, añadiendo que ambos conceptos están profundamente conectados.
Al comprender las condiciones exactas para formar este estado extremo de la materia, los científicos se acercan a responder una pregunta profunda. Finalmente están aprendiendo cómo una sopa microscópica se enfrió y evolucionó hasta convertirse en el complejo universo en el que vivimos hoy.