Las colisiones de núcleos de plomo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) tienen lugar a energías tan grandes que los quarks que normalmente están confinados dentro de los nucleones se liberan y, junto con los gluones que los mantienen unidos, forman un plasma exótico de quark-gluón. Un nuevo modelo teórico más detallado para este plasma, presentado por un grupo de físicos de Polonia y los EE. UU., predice que tiene una viscosidad mucho más baja que la estimada previamente.

Nuestro mundo cotidiano se compone principalmente de protones y neutrones, cada uno contiene tres quarks unidos por fuertes interacciones transmitidas por portadores llamados gluones. En contraste con la gravedad, que actúa más débilmente a distancia, las interacciones fuertes de los quarks aumentan con una mayor distancia. Los quarks se comportan como si estuvieran conectados con resortes:cuanto más los separas, cuanto más intentan permanecer conectados. Sin embargo, las energías de las partículas aceleradas dentro del LHC son tan altas que, durante colisiones, los quarks se liberan de los protones. El plasma de quark-gluón se produce durante un breve período de tiempo, el fluido más exótico jamás examinado en laboratorios. Hasta hace poco, los físicos creían que era bastante viscoso. Una conclusión diferente ha surgido de los análisis realizados por investigadores del Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias (IFJ PAN) en Cracovia y de la Universidad Estatal de Kent en Kent (Ohio, EE. UU.). ESTADOS UNIDOS).

"En física, Los flujos se describen mediante ecuaciones hidrodinámicas. Al aplicar las versiones más simples de estos a la evolución del plasma de quark-gluones, las predicciones son bastante consistentes con las mediciones de colisión del LHC. A primera vista, la sopa de quarks y gluones realmente parece comportarse de acuerdo con expectativas simples. Sin embargo, cuando empezamos a mirar de cerca, rápidamente se hace evidente que estamos ante un fenómeno muy complejo, "dice el Dr. Radoslaw Ryblewski (IFJ PAN).

La descripción matemática de fluido asume que el fluido es perfecto, es decir, desprovisto de viscosidad. Dado que no existen fluidos perfectos en la naturaleza, Se introducen varias correcciones para mejorar la precisión de las ecuaciones hidrodinámicas. Sin embargo, las variantes resultantes de la hidrodinámica de fluidos viscosos se basan en suposiciones adicionales, por ejemplo, que las presiones en el fluido cambian de la misma manera en todas las direcciones.

"El problema es que el plasma de quarks-gluones en el LHC se produce de una manera muy específica, como resultado de colisiones de núcleos de plomo que se acercan en una dirección a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Como resultado, el fluido formado por quarks y gluones se mueve inicialmente a lo largo de la dirección del haz, y solo entonces comienza a enfriarse y a diluirse en todas direcciones, "explica el Dr. Ryblewski." Al crear un modelo, la escala del desafío aumenta aún más cuando tratamos de tener en cuenta el hecho de que al inicio del proceso, el fluido es diferente que al final, ya que después de enfriar, los quarks comienzan a unirse gradualmente de nuevo. Entonces, junto con el profesor Wojciech Florkowski, comenzamos a desarrollar un modelo más detallado del fenómeno:hidrodinámica anisotrópica, construido sobre el supuesto de que el sistema no se comporta de la misma manera en todas las direcciones ".

El último modelo teórico, construido sobre la base de hidrodinámica anisotrópica, acaba de ser presentado en Cartas de revisión física . Una de sus conclusiones más interesantes se refiere a la viscosidad del plasma de quark-gluón. Esta viscosidad resulta ser seis veces menor que las predicciones numéricas de otros modelos basados ​​en la hidrodinámica de fluidos viscosos.

En contraste con las ecuaciones anteriores, en algunos casos, los nuevos se pueden resolver con prácticamente cualquier nivel de precisión. Al combinar sus predicciones con datos de otros modelos y compararlas repetidamente con mediciones reales en el experimento ALICE en el LHC, el equipo polaco-estadounidense ha demostrado que la hidrodinámica anisotrópica es actualmente la descripción más precisa de los fenómenos que ocurren en el plasma de quarks-gluones.