Los científicos han informado de nuevas pistas para resolver un misterio cósmico: cómo el plasma de quarks y gluones, el líquido perfecto de la naturaleza, se convirtió en materia.

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

Y hace apenas 15 años, un equipo internacional que incluía a investigadores del Grupo de Colisiones Nucleares Relativistas (RNC) del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Laboratorio de Berkeley) descubrió que este plasma de quark-gluón es un fluido ideal, en el que los quarks y los gluones son los componentes básicos. de protones y neutrones, fuertemente interconectados al punto. Fluye casi sin fricción.

Los científicos plantearon la hipótesis de que chorros de partículas de alta energía vuelan a través del plasma de quark-gluones, una gota del tamaño de un núcleo de átomo, a velocidades supersónicas, que es como un chorro que vuela rápido, emitiendo un boom hipersónico llamado Mach. Ola. Para estudiar las propiedades de estas partículas de chorro, en 2014, un equipo dirigido por científicos de Berkeley Lab ideó una técnica de imágenes de rayos X atómicos 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-gluones.

Pero, ¿dónde comenzó el viaje de la partícula en chorro hacia el plasma de quark-gluón? Los científicos predicen que una señal de onda de Mach más pequeña llamada estela de propagación le dirá dónde buscar. pero mientras pérdida de energía Fácil de detectar, la ola de Mach y su propagación concomitante siguieron siendo esquivas.

Ahora, en un estudio publicado recientemente en la revista mensajes de revisión físicaLos científicos de Berkeley Lab informan nuevos resultados de modelos de simulación Muestre que otra tecnología que inventaron llamada tomografía 2D puede ayudar a los investigadores a localizar la señal fantasmal de un efecto de difusión.

«Sus señales son tan pequeñas, es como buscar una aguja en un pajar de 10,000 partículas. Por primera vez, nuestras simulaciones muestran que uno puede usar la tomografía de chorro 2D para capturar las diminutas señales de difusión en plasmas de quark-gluón», dijo el líder del estudio, Shen Nian. Wang, científico principal del Departamento de Ciencias Nucleares del Laboratorio de Berkeley, que formó parte del equipo internacional que inventó la tecnología de tomografía de chorro 2D.

Para encontrar esa aguja supersónica en un pajar de quark-gluones, el equipo de Berkeley Lab ejecutó 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 simulaciones por computadora del estudio actual se ejecutaron en las instalaciones de usuarios de supercomputadoras NERSC en Berkeley Lab.

Su técnica única, dice Wang, «te ayudará a deshacerte de todo ese heno de tu colección, ayudándote a concentrarte en esa costura». La señal supersónica de una partícula de chorro tiene una forma de cono única, con la propagación ralentizándose detrás de ella, como ondas de agua en la estela de un barco en rápido movimiento. Los científicos han estado buscando evidencia de esta ‘wikilita’ supersónica porque les dice que hay agotamiento de partículas. Una vez que la actividad de difusión cae en el plasma de quark-gluón, puede distinguir su señal de 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 Plasma de quark-gluón—La naturaleza es perfecta líquido—Evolucionó en una sustancia. «¿Qué hicimos? ¿Cómo se veía el universo infantil en unos pocos microsegundos después del Big Bang? Este trabajo aún está en progreso, pero nuestras simulaciones de seguimiento de propagación, que se debían mucho tiempo, nos acercan a responder estas preguntas», dijo.