Logran reproducir el plasma que hubo en los primeros microsegundos después del Big Bang

El experimento A Large Ion Collider Experiment (ALICE) que forma parte del Gran Colisionador de Hadrones, un acelerador ubicado en la frontera franco-suiza que consta de una circunferencia de 27 kilómetros, ha realizado un nuevo descubrimiento en el que por primera vez se recrea un plasma de quarks y gluones, estado de la materia en el que se encontraba el Universo diez microsegundos después del Big Bang (Gran Explosión), a partir del choque de protones de muy alta energía.

Los resultados del experimento se reportan en el artículo «Enhanced production of multi-strange hadrons in high multiplicity proton-proton collisions«, publicado en la revista Nature Physics, publicado el 24 de abril de 2017. Entre los participantes se encuentran los investigadores mexicanos Gerardo Herrera Corral, del Departamento de Física del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav); e Ildefonso León Monzón, de la Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS), y quien realiza una instancia en el Cinvestav.

Herrera Corral señaló que la relevancia de este descubrimiento radica en que, aun cuando ya se había logrado crear el plasma primigenio con iones de plomo, nunca antes se había hecho con protón-protón y “por alguna razón se genera una colisión más sencilla que en la otra. Eso no lo esperábamos y abre una gran cantidad de preguntas, por ejemplo: cómo entender la manera en que se están produciendo las partículas, cómo se están generando los quarks extraños; sobre todo, permitirá estudiar al plasma de quarks y gluones en un sistema mucho más sencillo y más abundante”.

En el Universo existen 12 partículas primordiales que componen y dan forma a todo lo que existe, seis tipos diferentes son quarks y seis tipos son leptones. Los físicos se refirieron en conferencia de prensa a los quarks cuyos nombres son: arriba, abajo, extraño, encanto, verdad y belleza. De estos, los primeros tres son los más ligeros y los más comunes por dar forma a los protones y neutrones.

“Los quarks arriba y abajo siempre aparecen en arreglos de dos y de tres, fenómeno que aún no comprendemos del todo. Y el que no aparece tan fácilmente es el quark extraño. El hecho de que esta partícula aparezca en un Omega, composición de tres quarks extraños, lo convierte en un hadrón muy pesado. Así como Xi, que es una composición de dos quarks extraños y un quark arriba. Lo que acaba de observar ALICE en la colisión de protones contra protones, es la producción de más Omega y más Xi de lo que se esperaba”, indicó el también integrante de la Academia Mexicana de Ciencias.

En el choque protón-protón se alcanzan temperaturas de 5.5 billones de grados Celsius. Si se tuviera un centímetro cúbico de este plasma pesaría 40 mil millones de toneladas. «Lo que hemos observado y nos parece espectacular y un tema de estudio muy interesante por las consecuencias que va a tener, es que este plasma se comporta como un líquido perfecto», destacó Herrera Corral.

Relevante participación mexicana

Ildefonso León Monzón, por su parte, habló de las aportaciones de científicos al proyecto ALICE con 37 países participando, 151 instituciones y mil 550 investigadores. Más de 30 estudiantes mexicanos han realizado sus tesis de doctorado y hay involucrados más de 20 investigadores provenientes de universidades y centros de investigación como la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Cinvestav y UAS.

La colaboración que tiene México ha sido en la creación de tres de los 19 detectores que constituyen el proyecto ALICE. Se trata de los instrumentos V0, ACORDE y AD. V0 fue el primero en el que participó México, bajo el liderazgo del doctor Herrera Corral; posteriormente surgió ACORDE, que mide el flujo de rayos cósmicos que provienen de la atmósfera y atraviesan alrededor de 50 metros bajo tierra; y AD, el más nuevo que se instaló en 2015 y abre un programa para procesos difractivos.

Respecto a V0, los investigadores resaltaron que el instrumento fue uno de los tres equipos que formaron parte del último descubrimiento, el cual sirve para exhibir luminiscencia cuando por pasa radiación ionizante como los electrones, positrones u otras partículas o iones más pesados. “Fue una pieza fundamental para hacer la medición física que se anuncia en el experimento, y fue diseñado y construido en México”, resaltó Gerardo Herrera.

También se utilizaron los detectores Inner Tracking System (ITS), diseñado y construido en varios países, en este México tuvo una participación al comienzo del proyecto, cuando todavía no se obtenía el financiamiento para entrar con sus propios sistemas junto con un equipo italiano, y Time Projection Chamber (TPC).