La exploración de la Colaboración Estrella del "diagrama de fase nuclear" muestra signos de una fuerte frontera de fase de primer orden de transición entre los hadrones que forman los núcleos atómicos ordinarios y el plasma de quarks y gluones (QGP) del universo temprano, cuando el QGP se produce a relativamente bajas energías / temperaturas. Los datos también pueden sugerir un posible punto crítico, donde el tipo de cambio de transición es abrupta y de primer orden, es como un cruce ciontínuo de altas energias.Crédito: Brookhaven National Laboratory
En su comienzo, el universo temprano era una
sopa a billones de grado de calor con partículas subatómicas que finalmente se fueron enfriando transformándose en la materia
tal como hoy la conocemos.
Este proceso se llama "congelación hacia
fuera (freezing out)". En los
inicios del universo, fue una transición sin problemas. Pero un grupo de científicos del
Laboratorio Nacional de Brookhaven ha descubierto recientemente que, en condiciones
adecuadas, puede producirse de manera diferente.
La nueva investigación ofrece una valiosa información sobre la fuerza nuclear fuerte, la
cual representa el 99,9 por ciento de la masa de la materia visible en el mundo
actual.
Los científicos han sabido por años que en el
tiempo súper caliente de los inicios del universo, la materia era capaz de
entrar y salir de su estado de sopa de partículas sin problemas, sin tener una
línea divisoria clara entre las fases. (Piense
cómo la miel almacenada en un refrigerador se ablanda y se licua una vez que se
coloca sobre un mostrador, con un punto de fusión diferente.)
Pero después de los físicos nucleares en el
experimento STAR (en la foto) en el Relativista Colisionador de Iones Pesados o RHIC, marcadas por la
temperatura y la marcha de cómo sube la densidad, observaron un signo revelador
de una transición más como agua que se convierte en hielo, con dos distintas
fases mediante una línea divisoria clara entre ellas. Anunciaron este resultado en un
artículo que fue publicado en la revista Physical Review Letters.
El equipo de Brookhaven investigó la
transición al chocar núcleos de oro unos con otros con la suficiente energía para
crear plasma de quarks y gluones, la forma de la materia que se cree dominó los
inicios del universo.
Los quarks son las partículas fundamentales
que componen los protones y los neutrones. Normalmente
existen unidos a otros quarks a través de la fuerza fuerte. En el caos del plasma de quarks y
gluones, sin embargo, ellos se separan.
Los físicos crean colisiones en el RHIC, con
una gama de diferentes energías con el fin de estudiar cómo son las
transiciones de la materia normal y como salen de este estado.
A temperaturas más altas, alrededor de 4
billones de grados centígrados, la materia sigue el modelo de la miel. Pero a
temperaturas más bajas y con una mayor concentración de los quarks, actuaba más
como el agua.
En esas condiciones, existía una frontera más
nítida entre la materia en un estado normal y la materia como plasma de quarks
y gluones, lo que se llama una transición de fase de primer orden.
Crédito de la foto: Brookhaven National Laboratory
La característica definitoria de una
transición de fase de primer orden es "calor latente," una gran
cantidad de energía al entrar en o ser liberada como moléculas o partículas, se
transforman de una fase a otra en combinaciones particulares según la
temperatura y la densidad.
"Si piensas en una olla de
agua sobre un quemador", dice el físico líder Jamie Dunlop, "la temperatura sube hasta que llegue
al punto de ebullición, a 100 grados Celsius; a presión atmosférica normal, el
agua líquida se quedará exactamente a esa temperatura, siempre y cuando no hay
agua que vaya a hervir ".
A pesar de que la estufa sigue para añadiendo
calor, la energía hace entrar en movimiento las moléculas de un líquido en un
estado gaseoso hasta que todas las moléculas han pasado a través de la
transición. En el caso de la
materia en el RHIC, el cambio de fase de primer orden se muestra como una
desaparición temporal de un determinado tipo de flujo de partículas.
Aunque esta transición es de fase de primer
orden, a diferencia de lo sucedido en el universo durante el período de
enfriamiento después del Big Bang, los científicos dicen estar más acerca de la
fuerza que mantiene unidas las partes constituyentes de los átomos que componen
nuestro mundo.
Fuente: Symmetry Dimensiones de la Física de Partículas / Brookhaven National Laboratory
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