Los plasmas de quark-gluones se encuentran entre los temas más investigados por los físicos en los últimos tiempos. Gracias a los aceleradores de partículas más grandes en funcionamiento en la actualidad, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Europa y el Colisionador Relativista de Iones Pesados ​​(RHIC) en los Estados Unidos, ahora es posible reproducir un plasma de quark-gluón en el laboratorio. Se cree que este estado de la materia predominó en el universo durante una fracción de segundo después del Big Bang.

Según el modelo cosmológico estándar, la duración del plasma de quarks-gluones en el universo primordial no era más de una millonésima de segundo, ya que se cree que el universo se enfrió aproximadamente 10 ^-6 segundos después del Big Bang hasta el punto de que los quarks y gluones ya no podían moverse libremente y, en cambio, quedaron confinados en hadrones (protones, neutrones, mesones, etc.). En las colisiones nucleares de alta energía producidas en el LHC y RHIC, los plasmas de quarks-gluones duran un tiempo aún más corto, aproximadamente 10 ^-23 segundos, debido a los gradientes de presión pronunciados. A pesar de su fugacidad y pequeño volumen (el diámetro de un protón es del orden de 10 ^-15 metro), Los plasmas de quarks-gluones ocultan una intensa y compleja actividad interna.

Esta actividad se está revelando gradualmente en experimentos de LHC y RHIC, y se han desarrollado nuevos enfoques teóricos para explicar o predecir sus resultados. Un ejemplo de ello, Entre muchos otros, es el estudio titulado "Predicciones hidrodinámicas para correlaciones armónicas mixtas en colisiones de 200 GeV Au + Au, " publicado en Revisión física C y resaltado como una sugerencia de los editores.

El estudio fue realizado por Fernando Gardim del Instituto de Ciencia y Tecnología de la Universidad Federal de Alfenas, Estado de Minas Gerais (sureste de Brasil); Frédérique Grassi y Matthew Luzum del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (USP); y Jacquelyn Noronha-Hostler del Departamento de Física de la Universidad de Houston.

"Debido a su corta duración, un plasma de quark-gluón no se puede observar directamente, "Dijo Grassi." Los experimentos son capaces de detectar los hadrones que se forman cuando los quarks y los gluones se recombinan. Estos hadrones se propagan en varias direcciones. Su distribución angular alrededor del eje de colisión proporciona información muy relevante sobre la estructura y dinámica del plasma y, como consecuencia, sobre la naturaleza de las interacciones fundamentales en la materia. Nuestro estudio, que era teórico, se propuso predecir patrones específicos en la distribución angular de los hadrones ".

Los investigadores utilizaron un modelo hidrodinámico llamado NeXSPheRIO, que reprodujo con precisión una amplia gama de datos obtenidos experimentalmente en RHIC. Las simulaciones por ordenador realizadas sobre esta base permitieron a los investigadores hacer predicciones que se pueden probar en nuevos experimentos para que el modelo pueda validarse o corregirse.

"La distribución angular observada en los experimentos se descompone en una secuencia conocida en matemáticas como una serie de Fourier, ", Explicó Grassi." Cada término de la serie corresponde a una característica específica de la distribución, y la serie en su conjunto nos dice cuántas partículas se mueven de acuerdo con cada patrón. La frase 'correlaciones armónicas mixtas' que se usa en el título es el término técnico que nombra las correlaciones entre diferentes coeficientes de Fourier.

"Si un plasma de quark-gluón fuera estrictamente homogéneo y tuviera las propiedades de un gas, si sus partículas interactuaran muy poco, entonces el flujo resultante de hadrones sería isotrópico [igual en todas las direcciones]. Pero ese no es el caso. Flujos reales detectados experimentalmente son anisotrópicos, y la distribución angular exhibe coeficientes de Fourier no nulos, lo que nos dice que el plasma no es homogéneo y que sus partículas interactúan fuertemente ".

Los coeficientes de distribución se clasifican según sus características geométricas como elípticos, triangular, cuadrangular, pentagonal, etc. El flujo predominante es elíptico, porque el chorro de hadrones es mucho más fuerte en una de las direcciones ortogonal al eje de colisión. Esta distribución, que resulta de la fuerte interacción entre quarks y gluones, indica que el plasma no es un gas sino un líquido. Sin embargo, no es un líquido cualquiera. El hecho de que el flujo elíptico no se atenúe muestra que la viscosidad de este líquido es extremadamente baja. De hecho, un plasma de quark-gluón es el líquido menos viscoso, o el más perfecto, jamás descubierto.

"Investigaciones anteriores ya habían demostrado que un plasma de quarks-gluones es un líquido casi perfecto. Lo que nuestro estudio agregó fue una mejor comprensión de la no homogeneidad de la distribución de energía dentro del plasma, ", Explicó Grassi. Con su muy corta duración y sus diminutas dimensiones, un plasma de quark-gluón es muy dinámico. Las fluctuaciones hacen que su densidad de energía varíe de una región a otra. El estudio ofrece una visión más profunda del vínculo entre estas dinámicas y fluctuaciones.

"Debido a que NeXSPheRIO hasta ahora ha estado de acuerdo con todas las observaciones realizadas hasta la fecha en RHIC, Creemos que sus predicciones se pueden utilizar como base de comparación para realizar nuevas mediciones en el colisionador de EE. UU., "Dijo Grassi." Cualquier desviación de las predicciones proporcionará información valiosa no trivial, ya sea sobre la fase inicial de la colisión que da lugar al plasma o sobre las propiedades intrínsecas del medio ".