Construcción del gran colisionador de hadrones Fabrice Coffrini / AFP / Getty Images Según la teoría del Big Bang, Hace miles de millones de años, todo el universo abarcaba un área de volumen cero y densidad infinita. Luego, esta área se expandió, duplicando su tamaño cientos de veces en menos de un segundo. Durante esos primeros momentos, el universo se llenó de energía, gran parte en forma de calor intenso. A medida que el universo crecía y se enfriaba, algo de esta energía se transformó en materia.
Cuando hablamos de los componentes básicos de la materia, normalmente nos concentramos en átomos . Los átomos consisten en un núcleo que contiene al menos una partícula subatómica cargada positivamente llamada protón . El núcleo también puede contener una o más partículas con carga neutra llamadas neutrones . Partículas cargadas negativamente llamadas electrones rodear el núcleo, moviéndose rápidamente a su alrededor dentro de los confines de un caparazón de energía .
Pero en las primeras etapas del Big Bang, los átomos no pudieron formarse. El universo era demasiado denso y caliente. De hecho, en los primeros momentos del primer segundo del big bang, ni siquiera los protones y neutrones podrían formarse. Los teóricos del Big Bang creen que el universo estaba lleno de partículas subatómicas como neutrinos , partículas sin masa, o quarks , partículas elementales que se unen para crear partículas más grandes como protones o neutrones.
Los científicos llaman a la fuerza que mantiene unidos a los quarks para formar partículas más grandes la fuerza nuclear fuerte . Es tan fuerte que en circunstancias normales, no podemos observar quarks en absoluto. Eso es porque los quarks se unen tan fuertemente que no podemos separarlos fácilmente. Durante muchos años, la única prueba de que los quarks existían provino de modelos matemáticos de cómo funciona el universo. Los modelos requerían la presencia de partículas como quarks para que tuvieran sentido.
Hoy Los científicos han logrado tomar partículas como protones y neutrones y descomponerlos en quarks y gluones - partículas sin masa que median la fuerza entre quarks. Los quarks y gluones permanecen separados solo durante fracciones de segundo antes de descomponerse, pero eso es lo suficientemente largo para que los científicos los observen usando equipos poderosos.
¿Cómo hacen esto los científicos? y ¿realmente están recreando el Big Bang? Continúa leyendo para averiguarlo.
Una vista aérea del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi Cortesía de Fermilab El mundo de los estudios de partículas subatómicas es paradójico. Los científicos utilizan algunas de las máquinas más grandes del mundo para estudiar algunas de las partículas más pequeñas que conocemos. Los dispositivos que utilizan son extremadamente sofisticados y precisos, sin embargo, se basan en un enfoque casi violento. Estos métodos y dispositivos permiten a los científicos echar un vistazo a cómo podría haber sido el universo primitivo.
La forma en que los científicos observan las diminutas partículas de materia que componen las partículas subatómicas como los protones y los neutrones es elegante y primitiva. Chocan las partículas subatómicas entre sí con mucha fuerza y miran las piezas que quedan. Para hacer esto, tienen que usar máquinas poderosas llamadas aceleradores de partículas .
Los aceleradores de partículas disparan haces opuestos de partículas subatómicas como protones entre sí. Algunos aceleradores son circulares, mientras que otros son lineales. Pueden ser muy grandes:los aceleradores circulares pueden medir millas de diámetro. Los aceleradores utilizan bancos de imanes para acelerar los haces de protones a medida que viajan a través de pequeños tubos. Una vez que los haces de protones alcanzan una cierta velocidad, el acelerador los guía a un rumbo de colisión. Cuando las partículas chocan, se dividen en sus partes componentes, como los quarks.
Estas partículas subatómicas se desintegran en fracciones de segundo. Solo mediante el uso de potentes ordenadores los científicos pueden esperar detectar la presencia de un quark. En 2006, un equipo de científicos de la Universidad de California, Riverside informó haber detectado un quark superior , el más masivo de los seis tipos de quarks. El equipo había utilizado un acelerador de partículas para provocar una colisión entre un protón y un antiprotón . Detectaron la presencia del quark después de que ya se había descompuesto. El proceso de descomposición dejó una firma electrónica identificable [fuente:Universidad de California, Orilla].
¿Significa esto que los científicos pueden recrear el Big Bang? No exactamente. En lugar de, los científicos esperan poder simular la condición de los primeros momentos del universo. Eso implica crear un área densa de materia y energía. Al estudiar estas condiciones, los científicos podrían aprender más sobre cómo se desarrolló nuestro universo. Pero no pueden recrear el período de rápida expansión que llamamos big bang.
Por lo menos, todavía no.
Para obtener más información sobre el Big Bang y otras teorías científicas, eche un vistazo a los enlaces de la página siguiente.
Sabores de QuarkLos científicos clasifican los quarks en seis sabores diferentes:
Hasta donde los científicos pueden determinar, los quarks solo se unen en combinaciones de dos, tres o cinco quarks. Las diferentes combinaciones de enlaces de quark crean diferentes tipos de materia.
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