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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

El Universo nació líquido

El Universo nació líquido

Hace 12 años nos hacíamos eco en esta sección de divulgación científica (véase http://servicios.laverdad.es/cienciaysalud/6_2_1.html) de la pugna Europa-EEUU por construir un gran acelerador de partículas y de cómo, Europa seguía adelante con su ambicioso proyecto LHC (Large Hadrons Collider), mientras que Estados Unidos abandonaba su propio proyecto SSC (Superconducting Super Collider). Los grandes aceleradores de partículas son imprescindibles para poder investigar las partículas de las que se compone actualmente la materia y para conocer como se originó y evolucionó nuestro Universo en los instantes inmediatos a su nacimiento con el Big Bang. En el mundo existen unos pocos que sean funcionales o estén a punto de funcionar


ACELERADORES

Los más importantes son:

SLAC o Stanford Linear Accelerator Center, se ubica al sur de San Francisco y es el acelerador lineal más largo del mundo. Acelera electrones y positrones a lo largo de sus 2 millas de longitud, hacia varios blancos, anillos y detectores ubicados en su finalización. Como anexo se está reconstruyendo un anillo para la fábrica B, que estudiará algunos de los misterios de la antimateria, usando mesones B.

FERMI es un laboratorio de física de altas energías, llamado así en honor al físico Enrico Fermi, pionero en física de partículas; se encuentra localizado 30 millas al oeste de Chicago. Es el lugar en el que está instalado el acelerador más potente del mundo, el Tevatrón, usado para descubrir el top quark.  

CESCR, anillo de almacenamiento de electrones-positrones de Cornell es un colisionador de electrones-positrones con una circunferencia de 768 metros, localizado a 12 metros de profundidad en el campo de la Universidad de Cornell.

DESY, localizado en Hamburgo, Alemania. En él se descubrió el gluón en el acelerador PETRA. DESY consta de dos aceleradores: HERA y PETRA. En estos aceleradores se hacen colisionar electrones y protones.

KEK, en Japón, que cuenta con un sincrotrón de protones de 12 GeV (billones de electron-voltios). El siguiente paso del programa de física de altas energías del KEK fue un acelerador llamado TRISTÁN, para colisión de haces de electrones y positrones, a 30 GeV.

Instituto de Física de Altas Energías (IHEP) en Beijing, República Popular China

LHC (gran colisionador de hadrones) es el gran proyecto europeo del CERN (laboratorio Europeo de Física de Partículas, en Ginebra) que se sumará al existente LEP. El CERN es el laboratorio internacional donde fueron descubiertos los bosones W y Z y también es el lugar donde nació la World-Wide Web de Internet. El LHC buscará los bosones Higgs y nuevas partículas y fuerzas fundamentales.  

RHIC

En el año 2000 se puso en marcha en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Upton, Nueva York, el RHIC (Colisionador Relativista de Iones Pesados), un acelerador de partículas en el que se hacen colisionar núcleos de átomos pesados, principalmente de oro o plomo. El RHIC tiene como misión estudiar los primeros instantes de la vida del Universo, cuando empezaron a condensarse las primeras formas de materia. Para ello, se provoca la colisión frontal de núcleos de átomos pesados acelerados a velocidades muy próximas a la de la luz, colisión que genera una sopa de partículas a una altísima concentración de energía, similar a la que existía tras el Big Bang.

La materia hecha en RHIC es un plasma consistente de quarks y gluones, los componentes más básicos de todo lo que nos rodea. Los quarks se combinan en tríos para formar los protones y neutrones que componen el núcleo de todo átomo. Pero mientras que se puede observar un protón o neutrón aislado, no podemos observar un quark. Los quarks están confinados a perpetuidad a vivir en grupo. De hecho, cuanto más se los trate de separar, mayor se vuelve la fuerza que los une. Esto es parte de la teoría de la cromodinámica cuántica (QCD), que describe cómo la fuerza entre los quarks es transportada por gluones sin masa. En la QCD, es el vacío lo que aprisiona a los quarks. Aunque pueda sonar como un lugar estéril, el vacío de la QCD es como una arena compleja y dinámica. Tiene partículas virtuales que aparecen en pares, luego se aniquilan y vuelven a desaparecer. Es frecuentado por criaturas extrañas de diversas clases, así como por nudos y torceduras topológicamente complejos, emparentados con los "wormholes", que son lugares donde el espacio se retuerce sobre sí mismo y parece traicionero. Estos nudos y torceduras trazan trayectorias para que viajen los gluones, manteniendo juntos los quarks. La única manera de despegar a los quarks es "derretir" el vacío entre ellos. Pero el vacío no permite esto fácilmente.

UNIVERSO LÍQUIDO

Tras la gran explosión, tiempo 0 del Universo, la era de la gravedad cuántica duró tan sólo una décima de la cuatrillonésima parte de una trillonésima de segundo. La era de la expansión universal se extendió otro minúsculo instante 100 millones de veces superior al anterior. La fase electrodébil en la que se diferenciaron las fuerzas electromagnéticas y débiles duró 100 cuatrillones de veces más y comenzaron a formarse las partículas quarqs y gluones, a temperaturas de 20.000 millones de grados, hasta que pasadas diez millonésimas de segundo tras el Big Bang, la temperatura bajó a unos 6 mil millones de grados. La zona de tiempo que va entre medio microsegundo y 50 microsegundos de vida del Universo es la que pueden reproducir y estudiar los grandes aceleradores.

La zona intermedia de ese periodo (desde 1 a 8 microsegundos) es la adecuada para el RHIC deduciéndose que el Universo era un hirviente remolino de partículas elementales, quarqs y gluones. A partir de ese tiempo quedaron ligados en los protones y neutrones. La recreación microscópica de ese Universo se ha conseguido con el choque entre sí de núcleos de oro moviéndose a la velocidad de la luz y el gran hallazgo es que el medio se comporta en esas condiciones como un líquido casi perfecto y no como un gas, como se creía hasta ahora.  "En vez de volar pasando unas a otras, como en un gas, en un líquido las partículas se mueven más coherentemente", dice el físico Edward Shuryak, director del Centro de Teoría Nuclear en la Universidad Stony Brook de New York. De hecho, la fuerza de las interacciones en el plasma de quarks y gluones lo convierte en el líquido más ideal jamás observado, ya que sería entre 10 y 20 veces más líquido que el agua. Parece, pues, que desde el momento del Big Bang hasta 10 microsegundos más tarde, el universo fue líquido.

En cuanto al periodo inmediatamente anterior al estudiado por el acelerador americano RHIC, es decir, el comprendido entre 0,1 y 1 microsegundo, habrá que esperar poco para su abordaje, tan sólo a la prevista puesta en funcionamiento, prevista para este año del acelerador europeo LHC, en Ginebra, cuya potencia y características permitirán abordar esa investigación. El LHC se convertirá en el mayor acelerador de partículas del mundo en el año 2008 y prestará servicio a más de 2000 físicos de 34 países, universidades y laboratorios.  Su túnel de 3 metros de diámetro es una circunferencia de 27 km de longitud (que usaba el LEP) situada a una profundidad entre 50 y 150 metros bajo tierra.