Los físicos cartografían el movimiento de las partículas en el plasma de quarks y gluones primordial
Investigadores del MIT y de la UCSB amplían el marco del movimiento browniano de Einstein para analizar cómo se comportan las partículas subatómicas cerca de la velocidad de la luz
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Físicos del MIT y de la Universidad de California en Santa Bárbara han formulado una teoría que predice cómo viajan las partículas relativistas a través del plasma de quarks y gluones, el fluido denso que llenó el universo microsegundos después del Big Bang. La innovación teórica resuelve una limitación centenaria de la física clásica al calcular los cambios de momento de las partículas que se mueven cerca de la velocidad de la luz.
Ampliar la dinámica de fluidos de Einstein
En 1905, Albert Einstein formuló una explicación matemática del movimiento browniano, el temblor aleatorio de los granos de polen suspendidos en agua que el botánico Robert Brown registró por primera vez en 1827. Trabajando entonces como examinador de patentes, Einstein demostró que este movimiento refleja las interacciones microscópicas dentro de un fluido, donde la resistencia contrarresta las colisiones aleatorias de las moléculas circundantes. Aunque este modelo caracteriza con éxito los líquidos y gases convencionales, falla al aplicarse a partículas relativistas que viajan cerca de la velocidad de la luz, según informa MIT News.
«Nuestro resultado revela una nueva fuente de información que portan los quarks pesados en cambios raros y excepcionalmente grandes de su movimiento.»
— Jean Du Plessis, Centro de Física Teórica del MIT
Calcular los impulsos de momento poco frecuentes
Para abordar esta laguna, los físicos teóricos Jean Du Plessis, del Centro de Física Teórica del MIT, y Bruno Scheihing-Hitschfeld, del Instituto Kavli de Física Teórica de la UCSB, reexaminaron la dinámica de las partículas en estados de energía extrema. Sus hallazgos, publicados en Physical Review Letters, representan una notable innovación científica que calcula las fuerzas específicas ejercidas sobre los quarks pesados al atravesar fluidos de alta energía. En lugar de seguir una distribución de probabilidad estándar en forma de campana, las partículas veloces en estos entornos experimentan desplazamientos en su movimiento raros y excepcionalmente grandes que portan información directa sobre la estructura subatómica del medio.
Foto: MIT
Recrear el universo temprano en los aceleradores
El plasma de quarks y gluones existió de forma natural en todo el espacio durante apenas unos microsegundos después del Big Bang, a temperaturas superiores a un billón de grados. Hoy, los experimentadores recrean gotas de este fluido de aproximadamente el tamaño de un núcleo atómico en instalaciones como el Relativistic Heavy Ion Collider del Laboratorio Nacional de Brookhaven. Al hacer chocar iones de oro entre sí a una velocidad cercana a la de la luz, instrumentos como el detector STAR registran los restos que salen despedidos. La nueva formulación permite a los investigadores comparar los datos de trayectoria de los quarks pesados con las predicciones teóricas, estableciendo una vía estructurada para determinar las propiedades microscópicas de la materia durante los primeros instantes del universo.
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