Estas figuras muestran instantáneas secuenciales (de izquierda a derecha) de la distribución de temperatura de la materia nuclear producida en las colisiones de deuterones (d) con núcleos de oro (Au) en las energías de colisión más alta y más baja (200 mil millones de electronvoltios, o GeV, cima, y 20 GeV, parte inferior) del escaneo de energía del haz, como predice una teoría de la hidrodinámica. Según estos cálculos, la temperatura alcanzada en estas colisiones supera el billón de grados Kelvin, lo cual es suficiente para fundir los núcleos en un estado de materia compuesto por sus quarks y gluones constituyentes. Luego, el sistema se expande a una velocidad cercana a la de la luz como un fluido casi perfecto y se enfría rápidamente. Las flechas blancas representan la velocidad del fluido a medida que se expande a diferentes velocidades. Las mediciones del experimento PHENIX coinciden con los patrones de flujo de partículas predichos por esta teoría que describe el comportamiento del plasma de quarks-gluones, lo cual es consistente con la interpretación de que estas colisiones de partículas, incluso con poca energía, están creando este plasma de quarks-gluones del universo temprano. Crédito:Departamento de Energía de EE. UU.
¿Cómo fue la materia momentos después del Big Bang? Las partículas que emergen de las colisiones de energía más baja de partículas pequeñas con grandes núcleos pesados en el Colisionador de Iones Pesados Relativista (RHIC) podrían tener la respuesta. Los científicos revelaron que las partículas exhiben un comportamiento asociado con la formación de una sopa de quarks y gluones, los bloques de construcción de casi toda la materia visible. Estos resultados del experimento PHENIX de RHIC sugieren que estas colisiones a pequeña escala podrían estar produciendo pequeñas, motas de materia de corta duración que imitan el universo primitivo. Las motas ofrecen información sobre la materia que se formó hace casi 14 mil millones de años, justo después del Big Bang.
Los científicos construyeron RHIC para crear y estudiar esta forma de materia, conocido como plasma de quark-gluón. Sin embargo, inicialmente esperaban ver signos del plasma de quark-gluones solo en colisiones altamente energéticas de dos iones pesados, como el oro. Los nuevos hallazgos se suman a un creciente cuerpo de evidencia del RHIC y el Gran Colisionador de Hadrones de Europa de que el plasma de quark-gluón también puede crearse cuando un ión más pequeño choca con un ión pesado. Los experimentos ayudarán a los científicos a comprender las condiciones necesarias para producir esta notable forma de materia.
En colisiones oro-oro semi-superpuestas en RHIC, más partículas emergen del "ecuador" que perpendiculares a la dirección de la colisión. Este patrón de flujo elíptico, los científicos creen, es causado por interacciones de las partículas con el plasma de quark-gluón casi "perfecto", es decir, de flujo libre, similar al líquido creado en las colisiones. Los nuevos experimentos utilizaron energías más bajas y colisiones de deuterones mucho más pequeños (hechos de un protón y un neutrón) con núcleos de oro para aprender cómo surge este comportamiento líquido perfecto en diferentes condiciones, específicamente en cuatro energías de colisión diferentes. Correlaciones en la forma en que las partículas emergen de estas colisiones deuterón-oro, incluso a las energías más bajas, coincidió con lo que los científicos observaron en las colisiones de iones grandes más enérgicas.
Estos resultados apoyan la idea de que existe un plasma de quark-gluón en estos pequeños sistemas, pero hay otras posibles explicaciones para los hallazgos. Una es la presencia de otra forma de materia conocida como condensado de vidrio de color que se cree que está dominada por gluones. Los científicos del RHIC realizarán análisis adicionales y compararán sus resultados experimentales con descripciones más detalladas tanto del plasma de quark-gluón como del condensado de vidrio de color para resolver esto.
