En los primeros momentos que siguieron al nacimiento del universo, la materia se encontraba en un estado radicalmente diferente al actual. En esta etapa primitiva, el cosmos estaba formado por partículas elementales que se desplazaban a velocidades cercanas a la luz, y no existían protones, neutrones ni atomos. La comprensión de cómo se comportaba esta materia primigenia representa uno de los grandes desafíos de la física contemporánea, ya que desvela las condiciones que prevalecieron en el origen del universo. Recientemente, un estudio realizado por la colaboración CMS, aprovechando datos del Gran Colisionador de Hadrones del CERN, ha permitido a los científicos recrear brevemente este estado temprano de la materia en un entorno controlado, abriendo nuevas vías de investigación en la física de partículas.
La cromodinámica cuántica, la teoría que describe las interacciones entre quarks y gluones, establece que a temperaturas excepcionalmente altas estas partículas cesan de estar confinadas en protones y neutrones. En estas condiciones extremas, emergen nuevas fases de la materia, incluyendo el denominado plasma de quarks y gluones. Este plasma, que dominó el universo durante sus primeros microsegundos, puede ser reproducido durante breves instantes en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones, donde núcleos pesados son acelerados y colisionados, generando episodios fugaces de esta materia a altísimas energías. La energía liberada en el impacto puede crear un pequeño volumen de plasma en el que los componentes básicos se mueven libremente.
El estudio reciente se enfoca en los eventos donde se genera un bosón Z, una partícula elemental de las interacciones débiles que apenas interactúa con el plasma de quarks y gluones. Este rasgo convierte al bosón Z en una referencia invaluable para desentrañar el comportamiento del entorno en el que se encuentra. Simultáneamente a su creación, se produce un partón, es decir, un quark o gluón de alta energía que interfiere de manera intensa con el plasma. Al investigar cómo el plasma responde a la presencia de este partón, los científicos pueden recolectar datos sobre las reacciones que se producen dentro del plasma, utilizando las correlaciones entre el bosón Z y otras partículas producidas en la colisión para descifrar el comportamiento del medio.
Los resultados del análisis revelan patrones distintivos en la distribución de partículas generadas durante las colisiones. En ciertas circunstancias, se observa un declive en la cantidad de partículas en la dirección del bosón Z, junto con un exceso en el área opuesta, una respuesta que se asocia teóricamente a la dinámica del plasma. Este fenómeno refleja cómo el partón, al atravesar el medio, redistribuye la energía, generando alteraciones en la densidad de partículas detectadas. Estas variaciones en la distribución angular son cruciales para entender no solo la dinámica del plasma primigenio, sino también cómo se comporta frente a colisiones de partículas en condiciones extremas.
El estudio concluye que las distinciones entre las colisiones de iones pesados y las de protones proveen evidencia pionera sobre la interacción entre el partón y el plasma. Este hallazgo tiene profundas implicaciones para la física de altas energías, indicando que el plasma de quarks y gluones actúa de manera colectiva en respuesta a perturbaciones y no simplemente como un conjunto de partículas independientes. A medida que la comunidad científica busca profundizar en las propiedades de este plasma extremado, se abrirán nuevas posibilidades para entender las condiciones que prevalecieron en el universo primordial, mejorando nuestro conocimiento sobre fenómenos cósmicos fundamentales.