Nueva ventana a la evolución de la materia en el universo primitivo

Investigadores del Instituto de Física Moderna (IMP) de la Academia China de Ciencias (CAS) han propuesto una nueva perspectiva para explorar la evolución de la materia en el universo primitivo.

Publicada en Physics Letters B, la investigación se refiere a la emergencia del plasma de quarks y gluones (QGP) mediante el análisis de las huellas dactilares de partículas generadas en colisiones de iones pesados.

El QGP es una fase de la materia que existe en condiciones de alta temperatura y/o densidad, donde los quarks y gluones, las partículas fundamentales que componen los protones y neutrones, están libres.

Se cree que el QGP existió en los primeros microsegundos después del Big Bang y se estudia en aceleradores de partículas para entender las propiedades de la materia en ese estado inicial del universo. A medida que el universo se expandió y enfrió, el QGP se condensó gradualmente hasta formar los núcleos atómicos que conocemos hoy.

HUELLAS DACTILARES

"Aunque los científicos han creado con éxito QGP en laboratorios, mapear con precisión su proceso de formación sigue siendo un desafío significativo", afirmó en un comunicado el profesor Yong Gaochan del IMP. "De forma similar a cómo las huellas dactilares identifican a las personas, las proporciones de producción de diferentes partículas en colisiones contienen información crucial".

Los investigadores utilizaron un modelo mejorado de transporte multifásico para simular colisiones violentas de iones pesados como calcio-40, calcio-48 y oro-197, centrándose en los patrones de producción de cuatro partículas: lambda hiperones, kaones, piones y protones. Cuando el sistema de colisión cambió del calcio-40, más ligero, al oro-197, más pesado, observaron cambios anómalos en las tasas de producción de partículas específicas.

CÓMO IDENTIFICAR LA FORMACIÓN DE QGP

El estudio indica que las tasas de emisión de partículas idénticas en sistemas de reacción de partículas pesadas y ligeras podrían servir como un indicador crítico para identificar la formación de QGP.

Cuando se forma QGP, el flujo libre de quarks y gluones suprime las dispersiones múltiples entre hadrones, lo que resulta en una producción de partículas significativamente inferior a las predicciones del modo hadrónico puro. Por el contrario, sin QGP, las colisiones hadrónicas continuas aumentan sustancialmente la producción de partículas.

Para validar esta hipótesis, los investigadores verificaron los resultados utilizando otro modelo, lo que confirma aún más la correlación entre la producción anómala de partículas y la formación de materia de quarks. Las simulaciones muestran que la redispersión de partones tiene un impacto mínimo en la producción de partículas, mientras que la redispersión hadrónica la aumenta significativamente.

El nuevo método propuesto reduce eficazmente los errores sistemáticos y las incertidumbres del modelo, mejorando significativamente la sensibilidad y la fiabilidad de la detección, según el estudio.

"El nuevo método proporciona pistas cruciales para el mapeo completo del diagrama de fases de QGP. No solo profundiza en la comprensión de los estados de materia nuclear de alta densidad, sino que también ofrece nuevos conocimientos experimentales sobre la evolución del universo primitivo", afirmó Yong.