Un hito crucial en la búsqueda por descifrar los secretos del plasma de quarks y gluones primordial
El detector de partículas sPHENIX acaba de superar una prueba crítica que lo acerca considerablemente a su objetivo de descifrar los ingredientes del universo primitivo. Este logro representa un paso fundamental en la comprensión de los primeros microsegundos tras el Big Bang.
Una ventana al universo primordial
El detector sPHENIX es el experimento más reciente del Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) del Brookhaven National Laboratory, diseñado específicamente para medir con precisión los productos de colisiones de partículas a alta velocidad. A partir de estos restos, los científicos esperan reconstruir las propiedades del plasma de quarks y gluones (QGP): una sopa extremadamente caliente de partículas subatómicas llamadas quarks y gluones.
Este plasma misterioso se cree que surgió en los primeros microsegundos después del Big Bang, pero desapareció casi instantáneamente al enfriarse y combinarse para formar los protones y neutrones que constituyen la materia ordinaria actual.
La prueba de la «vela estándar»
En un estudio publicado en el Journal of High Energy Physics, científicos del MIT y otros centros reportaron que sPHENIX midió precisamente el número y energía de partículas que emergieron de iones de oro que colisionaron a velocidades cercanas a la de la luz.
Esta prueba es considerada en física como una «vela estándar», lo que significa que la medición es una constante bien establecida que puede usarse para calibrar la precisión de un detector.
«Esto indica que el detector funciona como debería», explica Gunther Roland, profesor de física en MIT y miembro de la Colaboración sPHENIX. «Es como si enviáramos un nuevo telescopio al espacio después de haber pasado 10 años construyéndolo, y tomara la primera fotografía. No es necesariamente una imagen de algo completamente nuevo, pero demuestra que ahora está listo para comenzar a hacer nueva ciencia.»
Resultados impresionantes
El detector reveló con precisión que las colisiones frontales producían 10 veces más partículas cargadas, que además eran 10 veces más energéticas, comparado con colisiones menos directas.
Hao-Ren Jheng, estudiante graduado en física en MIT y coautor principal del estudio, destaca: «Con esta base sólida, sPHENIX está bien posicionado para avanzar en el estudio del plasma de quarks y gluones con mayor precisión y resolución mejorada. Sondear la evolución, estructura y propiedades del QGP nos ayudará a reconstruir las condiciones del universo primitivo.»
Un detector de nueva generación
El detector sPHENIX es aproximadamente del tamaño de una casa de dos pisos y pesa alrededor de 1,000 toneladas. Está ubicado en la intersección de los dos haces principales del colisionador RHIC, donde partículas relativistas aceleradas desde direcciones opuestas se encuentran y colisionan.
Capacidades técnicas revolucionarias
- Detección ultrarrápida: Puede capturar y medir 15,000 colisiones de partículas por segundo
- Tecnología avanzada: Incluye el MVTX (micro-vértex), un subdetector diseñado, construido e instalado por científicos del Bates Research and Engineering Center del MIT
- Cámara 3D gigante: Actúa como una cámara tridimensional masiva que puede rastrear el número, energía y trayectorias de partículas individuales
Condiciones extremas recreadas
Cuando se produce QGP en los colisionadores de partículas, existe por apenas 10 elevado a la menos 22 segundos (aproximadamente una sextillonésima parte de segundo). En este momento, el plasma alcanza temperaturas de varios billones de grados Celsius y se comporta como un «fluido perfecto», moviéndose como una entidad única en lugar de como una colección de partículas aleatorias.
«Nunca ves el QGP en sí mismo: solo ves sus cenizas, por así decirlo, en forma de las partículas que provienen de su descomposición», explica Roland. «Con sPHENIX, queremos medir estas partículas para reconstruir las propiedades del QGP, que esencialmente desaparece en un instante.»
El futuro de la investigación
Cameron Dean, postdoc del MIT que contribuyó significativamente al análisis del estudio, señala: «sPHENIX aprovecha los desarrollos en tecnología de detectores desde que RHIC se encendió hace 25 años, para recolectar datos a la velocidad más rápida posible. Esto nos permite sondear procesos increíblemente raros por primera vez.»
Próximos objetivos
Con esta prueba superada exitosamente, el equipo científico puede ahora buscar procesos raros de uno en mil millones que podrían proporcionar información sobre:
- La densidad del QGP
- La difusión de partículas a través de materia ultradensa
- La cantidad de energía necesaria para unir diferentes partículas
«La diversión para sPHENIX apenas está comenzando», añade Dean. «Actualmente estamos de vuelta colisionando partículas y esperamos hacerlo durante varios meses más.»
Este trabajo fue apoyado, en parte, por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de Estados Unidos y la National Science Foundation, marcando un hito significativo en nuestra comprensión del universo primitivo y las fuerzas fundamentales que dieron forma a la materia tal como la conocemos hoy.
