Récord de energía en colisiones entre núcleos atómicos pesados

El acelerador de partículas más potente del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) de 27 kilómetros de largo, que opera en el CERN, en la frontera franco-suiza, ha conseguido colisiones entre núcleos de plomo a las energías más altas alcanzadas hasta la fecha. El LHC ha estado provocando colisiones entre protones con energías récord desde mediados de este año, pero ahora ha llegado el momento de hacer colisionar núcleos grandes (núcleos de plomo, que constan de 208 protones y neutrones). Los experimentos tienen por objetivo obtener nuevos y reveladores datos sobre las propiedades de sistemas que interactúan fuertemente a altas densidades, y por tanto, sobre el estado de la materia del universo poco después del Big Bang.

Muy al principio, apenas unas pocas milmillonésimas de segundo después del Big Bang, el universo estaba hecho de una “sopa primordial” muy caliente y densa que consistía en partículas fundamentales, especialmente quarks y gluones. Este estado se define como un plasma de quarks y gluones (QGP, por sus siglas en inglés). Aproximadamente una millonésima de segundo después de la creación del universo, los quarks y los gluones quedaron confinados dentro de los protones y los neutrones, que son los actuales integrantes de los núcleos atómicos.

La llamada fuerza fuerte (o interacción fuerte), mediada por los gluones, une a los quarks entre sí y, bajo circunstancias normales, los atrapa y retiene dentro de las partículas nucleares. Sin embargo, es posible recrear un estado de la materia que consista en quarks y gluones, y que se comporte como un líquido, imitando de forma bastante fiel el estado de materia que dominaba el universo recién formado. Es este estado el que ha sido ahora recreado a las más altas temperaturas alcanzadas, en colisiones usando iones de plomo dentro del acelerador LHC en el CERN.

Una de las primerísimas colisiones registradas entre dos iones de plomo con la máxima energía del LHC. La energía en el centro de masa del sistema alcanza aproximadamente los 1.000 TeV. Los choques actuales llevan la física de colisiones a una nueva escala energética, la de los PeV (Petaelectronvoltios). El detector ALICE registró decenas de miles de partículas. En esta visualización en directo, los rastros de las partículas de la colisión que pasan a través del detector son mostrados en colores que corresponden a su masa y tipo. (Foto: CERN)

La energía de colisión entre dos núcleos alcanza los 1.000 TeV. Esta energía es la de un abejorro golpeándonos en la mejilla en un día de verano. Quizá no parece gran cosa, pero ocurre que la energía está concentrada en un volumen que es muchísimo más pequeño que la zona de impacto del abejorro contra nuestra cara. La concentración de energía (densidad) es tremenda y nunca antes había sido alcanzada bajo condiciones terrestres, tal como destaca Jens Jørgen Gaardhøje, profesor en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague en Dinamarca y jefe del grupo danés de investigación en el experimento ALICE del CERN.

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