El LHC logra reproducir la sopa primordial existente tras el Bing Bang

Después de menos de tres semanas trabajando con iones pesados, los tres experimentos de colisiones con iones de plomo en el LHC ya han dado una nueva perspectiva en la materia acerca de lo habría existido en los primeros instantes del Universo. El experimento ALICE, que está optimizado para el estudio de iones pesados, publicó dos documentos sólo unos días después del inicio de los experimentos con iones de plomo. Ahora, la primera observación directa de un fenómeno conocido como extinción de chorro se ha hecho tanto en el ATLAS  como en el experimento CMS. Este resultado se informa en un artículo del equipo del ATLAS aceptado para su publicación ayer en  Physical Review Letters. El documento de la CMS se presentará en breve, y los resultados de todos los experimentos se presentará en un seminario el jueves 2 de diciembre en el CERN. Los experimentos con iones continuarán hasta el 6 de diciembre.

“Es impresionante lo rápido que los experimentos han llegado a estos resultados, que se ocupan de física muy compleja”, dijo el Director de Investigación del CERN Sergio Bertolucci.”Los experimentos están compitiendo entre sí para publicar en primer lugar, pero trabajando juntos para montar la imagen completa y cotejarla con los resultados. Es un bello ejemplo de cómo la competencia y la colaboración es una característica clave de este campo de investigación. “

Uno de los objetivos principales del programa de iones de plomo en el CERN es la creación de la materia tal y como habría sido en el nacimiento del Universo. En aquel entonces, la materia ordinaria nuclear sin la cual nosotros y el Universo visible no podríamos haber existido: habría tenido condiciones y ser demasiado caliente y turbulenta para los quarks lo que los habría obligado mediante gluones a convertirse en protones y neutrones, los bloques de construcción de los elementos básicos. En su lugar, estas partículas elementales vagaban libremente en una especie de plasma de quarks y gluones. Los resultados muestras sin género de duda que podemos reproducirlo en un laboratorio  y el estudio de éste plasma aportará importantes conocimientos sobre la evolución de los inicios del universo, y la naturaleza de la fuerza fuerte que une a quarks y gluones juntos en protones, neutrones y en última instancia, todos los núcleos de la tabla periódica de los elementos.

Cuando chocan iones de plomo en el LHC, pueden concentrar la energía en un volumen lo suficientemente pequeño para producir pequeñas gotas de este estado primordial de la materia, que señalan su presencia por una amplia gama de señales medibles. Los documentos de ALICE apuntan a un gran aumento en el número de partículas producidas en las colisiones en comparación con los experimentos anteriores, y confirman que el plasma mucho más caliente producida en el LHC se comporta como un líquido de muy baja viscosidad (un fluido perfecto), en consonancia con anteriores observaciones del colisionador RHIC de Brookhaven. En conjunto, estos resultados ya han descartado algunas teorías acerca de cómo se comportó el Universo primordial.

“Con las colisiones nucleares, el LHC se ha convertido en una excepcional máquina que reproduce el  Big Bang”, dijo el portavoz de ALICE Jürgen Schukraft. “En algunos aspectos, la materia de quarks y gluones parece familiar, siendo el líquido ideal visto en el RHIC, pero también estamos empezando a ver atisbos de algo nuevo. “

Los experimentos ATLAS y CMS utilizan la fuerza de sus detectores, que tienen una capacidad energética  de medición muy potente. Esto les permite medir los chorros de partículas que surgen de las colisiones. Éstos chorros  se forman como los componentes básicos de la  materia nuclear, los quarks y los gluones, vuelan lejos del punto de colisión. En las colisiones de protones, los chorros suelen aparecer en parejas, surgiendo uno tras otro. Sin embargo, en las colisiones de iones pesados los chorros interactúan en condiciones tumultuosas de un medio denso y caliente. Esto lleva a una señal muy característica, conocida como enfriamiento de chorro, en el que la energía de los chorros puede ser severamente degradada, lo que indica las interacciones con el medio más intenso que se haya visto antes. El enfriamiento del chorro es una poderosa herramienta para estudiar el comportamiento del plasma en detalle.

“ATLAS es el primer experimento que informa de la observación directa de enfriamiento de chorro“, dijo el portavoz de ATLAS Fabiola Gianotti. ”La excelente capacidad de ATLAS para determinar las energías de chorro nos permitió observar un notable desequilibrio en las energías de los pares de chorros, donde casi por completo un chorro es absorbido por el medio. Es un resultado muy interesante del que el experimento se siente muy orgulloso, obtenido en un tiempo muy corto, gracias en particular a la dedicación y el entusiasmo de jóvenes científicos.“

“Es verdaderamente increíble la búsqueda, aunque a una escala microscópica, de las condiciones y estado de la materia que existió en los albores del tiempo “, dijo el portavoz del CMS Guido Tonelli. “Desde el primer día mismo de las colisiones de iones de plomo el enfriamiento de chorro apareció en nuestros datos, mientras que otras características llamativas, como la observación de las partículas Z, nunca antes vistas en las colisiones de iones pesados, están bajo investigación. El reto ahora es reunir todos los estudios que podrían conducirnos a una mejor comprensión de gran parte de las propiedades de este extraordinario nuevo estado de la materia. ”

Los datos de ATLAS y CMS abren una puerta a una nueva era en el uso de chorros de partículas para investigar el plasma de quarks-gluones. El enfriamiento de chorro y otras medidas de los tres experimentos del LHC proporcionarán información de gran alcance en las propiedades del plasma primordial y las interacciones entre sus quarks y gluones.

Con la toma de datos continuando una semana más, y la recopilación de datos para 2010 por parte del LHC, la comunidad de investigadores que trabaja con iones pesados en el colisionador está a la espera de seguir analizando los datos, lo que contribuirá en gran medida a la aparición de un modelo más completo de plasma de quarks y gluones, y por lo tanto una mejor comprensión de los primeros momentos del Universo.

Autor: CERN press office