Los científicos han informado de nuevas pistas para resolver un enigma cósmico:cómo el plasma de quark-gluón, el fluido perfecto de la naturaleza, se convirtió en materia.

Unas millonésimas de segundo después del Big Bang, el universo primitivo adquirió un estado nuevo y extraño:una sopa subatómica llamada plasma de quark-gluón.

Y hace solo 15 años, un equipo internacional que incluye investigadores del grupo Relativistic Nuclear Collisions (RNC) en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) descubrió que este plasma de quark-gluón es un fluido perfecto, en el que los quarks y gluones, los bloques de construcción de protones y neutrones, están tan fuertemente acoplados que fluyen casi sin fricción.

Los científicos postularon que chorros de partículas altamente energéticos vuelan a través del plasma de quark-gluones, una gota del tamaño del núcleo de un átomo, a velocidades más rápidas que la velocidad del sonido. y que como un jet que vuela veloz, emiten un boom supersónico llamado onda Mach. Para estudiar las propiedades de estas partículas de chorro, en 2014, un equipo dirigido por científicos de Berkeley Lab fue pionero en una técnica de imágenes de rayos X atómica llamada tomografía de chorro. Los resultados de esos estudios seminales revelaron que estos chorros se dispersan y pierden energía a medida que se propagan a través del plasma de quarks y gluones.

Pero, ¿dónde comenzó el viaje de las partículas en chorro dentro del plasma de quark-gluón? Una señal de onda de Mach más pequeña llamada estela de difusión, los científicos predijeron, te diría dónde buscar. Pero aunque la pérdida de energía fue fácil de observar, la onda Mach y la estela de difusión que la acompaña seguían siendo esquivas.

Ahora, en un estudio publicado recientemente en la revista Cartas de revisión física , Los científicos del laboratorio de Berkeley informan nuevos resultados de simulaciones de modelos que muestran que otra técnica que inventaron llamada tomografía de chorro 2D puede ayudar a los investigadores a localizar la señal fantasmal de la estela de difusión.

"Su señal es tan pequeña, es como buscar una aguja en un pajar de 10, 000 partículas. Por primera vez, Nuestras simulaciones muestran que se puede usar la tomografía de chorro 2D para captar las pequeñas señales de la estela de difusión en el plasma de quarks y gluones. "dijo el líder del estudio Xin-Nian Wang, un científico senior de la División de Ciencias Nucleares de Berkeley Lab que formó parte del equipo internacional que inventó la técnica de tomografía de chorro 2D.

Para encontrar esa aguja supersónica en el pajar de quark-gluon, el equipo del laboratorio de Berkeley examinó cientos de miles de eventos de colisión de núcleos de plomo simulados en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, y eventos de colisión de núcleos de oro en el Colisionador de Iones Pesados ​​Relativista (RHIC) en el Laboratorio Nacional de Brookhaven. Algunas de las simulaciones por computadora para el estudio actual se realizaron en las instalaciones para usuarios de supercomputadoras NERSC de Berkeley Lab.

Wang dice que su enfoque único "lo ayudará a deshacerse de todo este heno en su pila, lo ayudará a concentrarse en esta aguja". La señal supersónica de las partículas en chorro tiene una forma única que parece un cono, con una estela de difusión detrás, como ondas de agua en la estela de un barco en movimiento rápido. Los científicos han buscado evidencia de este "despertar" supersónico porque les dice que hay un agotamiento de partículas. Una vez que la estela de difusión se localiza en el plasma de quark-gluón, puede distinguir su señal de las otras partículas en el fondo.

Su trabajo también ayudará a los experimentadores del LHC y RHIC a comprender qué señales buscar en su búsqueda para comprender cómo el plasma de quarks-gluones, el fluido perfecto de la naturaleza, se convirtió en materia. "¿De qué estamos hechos? ¿Cómo se veía el universo infantil en los pocos microsegundos posteriores al Big Bang? Esto todavía es un trabajo en progreso, pero nuestras simulaciones de la tan buscada estela de difusión nos acercan a responder estas preguntas, " él dijo.