Hottest Particle Soup May Reveal Secrets of Primordial Universe/ La partícula más caliente en un caldo, podría revelar los secretos del Universo Primordial

Hottest Particle Soup May Reveal Secrets of Primordial Universe/ La partícula más caliente en un caldo, podría revelar los secretos del Universo Primordial

A soup of ultra-hot elementary particles could be the key to understanding what the universe was like just after its formation, scientists say.

Over the past few years, physicists have created this soup inside two of the world's most powerful particle accelerators — the Large Hadron Collider (LHC) in Switzerland and the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) in New York — by smashing particles together at superfast speeds.

When two particles collide, they explode into pure energy powerful enough to melt down atoms and break apart protons and neutrons (the building blocks of atomic nuclei) into their constituent quarks and gluons. Protons and neutrons contain three quarks each, and gluons are the mass-less glue that holds the quarks together.

Hotter than the sun

At temperatures between 7 trillion and 10 trillion degrees Fahrenheit (4 trillion and 6 trillion degrees Celsius), this "quark-gluon plasma" is the hottest thing ever created on Earth, and is about 100,000 times hotter than the center of the sun.

"We now have created matter in a unique state, composed of quarks and gluons that have been liberated from inside protons and neutrons," said Steven Vigdor, a physicist at Brookhaven National Laboratory, which hosts the RHIC. This bizarre state of matter is thought to closely resemble the form of matter in the universe just a few fractions of a second after it was born in the Big Bang about 13.7 billion years ago. [Album: Behind the Scenes at RHIC]

"Many critical features of the universe were established at those very early moments in the infancy of the universe," Vigdor said, at the Quark Matter 2012 particle physicists conference in Washington, D.C.

Soon after this phase of the universe, quarks and gluons would have combined to form protons and neutrons, which would have grouped with electrons a while later to form atoms. These eventually built the galaxies, stars and planets that we know today.

To better understand how this happened, scientists aim to experiment on this primordial soup to study its properties, such as its viscosity, which is a measure of its internal friction, or resistance to flow. Compared with everyday liquids such as honey or even water, quark-gluon plasma has very little viscosity.

This plasma is also extremely dense, with particles packed in more tightly than neutron stars, the compressed balls of matter that result when some stars explode in supernovas.

"We do have now the tools in place to really experiment with it …and figure out precisely what kind of stuff this really is and why it has these extraordinary properties," said Jurgen Schukraft, a physicist at the CERN physics lab in Geneva, home of the LHC.

Un caldo de partículas elementales ultra-calientes podría ser la clave para entender lo que era el universo justo después de su formación, dicen los científicos.

En los últimos años, los físicos han creado este caldo en el interior de dos de los aceleradores de partículas más potentes del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Suiza y el relativista Colisionador de Iones Pesados ​​(RHIC) en Nueva York - por la rotura de partículas entre sí a súper velocidades.

Cuando dos partículas chocan, explotan en pura energía lo suficientemente potente como para fundir los átomos y se separan los protones y neutrones (los bloques de construcción de los núcleos atómicos) en sus quarks constituyentes y los gluones. Los protones y los neutrones contienen tres quarks cada uno, y los gluones son el pegamento sin masa que mantiene unidos a los quarks.

Más caliente que el sol

A temperaturas entre los 7 billones y los 10 billones de grados Fahrenheit (4 trillones y 6 billones de grados centígrados), este "plasma de quarks-gluones" es la cosa más caliente que jamás se haya creado en la Tierra y es unas 100,000 veces más caliente que el centro del sol.

"Ahora hemos creado la materia en un estado único, compuesto por quarks y gluones que se han liberado a partir de protones y neutrones en el interior", dijo Steven Vigdor, un físico del Laboratorio Nacional de Brookhaven, que alberga el RHIC. Este extraño estado de la materia se cree se parece mucho a la forma de la materia en el universo tan solo unas fracciones de segundo después de que nació en el Big Bang hace 13.7 billones de años. 

"Muchas de las características fundamentales del universo se han establecido en los  momentos muy tempranos, en la infancia del universo", dijo Vigdor, en la conferencia de físicos de partículas Quark de 2012 en Washington, DC

Poco después de esta fase del universo, los quarks y los gluones se han combinado para formar los protones y los neutrones, los cuales se han agrupado con los electrones un rato más tarde para formar átomos. Estos con el tiempo construyeron las galaxias, las estrellas y los planetas que conocemos hoy en día.

Para entender mejor cómo sucedió esto, los científicos apuntan a experimentar en este caldo primordial para estudiar sus propiedades, como su viscosidad, que es una medida de su fricción interna o resistencia al flujo. En comparación con líquidos más comunes, como la miel o incluso el agua, el plasma de quark-gluón tiene una viscosidad muy baja.

Este plasma es también muy denso, con partículas empacadas más fuertemente que las estrellas de neutrones, las bolas comprimidas de la materia que resultan cuando algunas estrellas explotan en supernovas.

"Tenemos ahora las herramientas en el lugar para experimentar realmente con él ( plasma) ... y descubrir de qué tipo de cosa realmente se trata y por qué tiene estas propiedades extraordinarias", dijo Jurgen Schukraft, un físico en el laboratorio de física CERN en Ginebra, el hogar del LHC.