Sabemos muy poco sobre los primeros microsegundos después del Big Bang. Tenemos teorías, muchas de ellas todavía bajo verificación rigurosa para confirmar si realmente tienen sentido científico. El proceso de investigación puede parecer tedioso a veces, pero un nuevo desarrollo surgido en Long Island aporta avances prometedores en nuestra búsqueda por entender cómo llegó a existir el universo.
En un artículo reciente publicado en Journal of High Energy Physics, investigadores de la colaboración sPHENIX anunciaron que el detector superó con éxito una prueba conocida como “vela estándar”, al capturar y medir con precisión la energía de iones de oro colisionando casi a la velocidad de la luz.
El detector sPHENIX es un instrumento de 1.000 toneladas y dos pisos de altura, equipado con una potente cámara capaz de registrar 15.000 colisiones de partículas por segundo. Representa la esperada actualización de PHENIX, un detector ya retirado en el Colisionador de Iones Pesados Relativistas (RHIC) del Laboratorio Nacional de Brookhaven.
“Esto indica que el detector funciona como debe”, explicó Gunther Roland, físico del MIT e integrante de la colaboración, a MIT News. “Es como lanzar un nuevo telescopio al espacio después de 10 años de construcción y que tome su primera foto. No es necesariamente una imagen de algo completamente nuevo, pero prueba que ahora está listo para hacer nueva ciencia”.
El caos ardiente del universo primitivo
Los quarks y gluones son partículas fundamentales que forman protones y neutrones. Normalmente son casi imposibles de separar, salvo en ambientes con temperaturas y presiones extremas, como las que existieron durante los primeros microsegundos tras el Big Bang.
En esas condiciones, los quarks y gluones habrían existido de manera independiente en un plasma denso y caliente conocido como plasma de quarks y gluones (QGP, por sus siglas en inglés). El RHIC intenta recrear estas condiciones lanzando partículas en direcciones opuestas. Cuando algunas colisionan, liberan una enorme cantidad de energía que se manifiesta fugazmente —durante una sextillonésima de segundo— como QGP.
“Nunca ves el QGP en sí —solo sus cenizas, por así decirlo, en forma de las partículas que emergen de su desintegración”, señaló Roland. “Con sPHENIX queremos medir esas partículas para reconstruir las propiedades del QGP, que desaparece prácticamente al instante”.
La “máquina del Big Bang”
Haber superado esta prueba augura un futuro prometedor para el detector. Sin embargo, el equipo planea someterlo a más controles de calidad. Los investigadores comparan al sPHENIX con una “gigantesca cámara 3D” capaz de seguir el número, la energía y las trayectorias de las partículas generadas en cada colisión.
“sPHENIX aprovecha los avances en tecnología de detectores desde que el RHIC se encendió hace 25 años, para recopilar datos al ritmo más rápido posible”, explicó Cameron Dean, investigador posdoctoral del MIT y miembro de la colaboración, también a MIT News. “Esto nos permite estudiar procesos increíblemente raros por primera vez”.
Paradójicamente, las mismas características que hacen tan potente al sPHENIX son también las que exigen un alto nivel de mantenimiento. Aun así, los científicos confían en estar en el camino correcto. Actualmente, el detector está ocupado recogiendo datos en la vigésima quinta y última fase de funcionamiento del RHIC, antes de que su sucesor, el Colisionador de Iones Eléctricos, tome el relevo.
“La diversión para sPHENIX apenas comienza”, concluyó Dean.
