Científicos recrean un 'mini Big Bang' con núcleos ligeros en el CERN

Un equipo internacional de científicos, liderado por investigadores del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, logró recrear en laboratorio el estado de materia que dominó el cosmos durante su primera millonésima de segundo. El experimento, realizado en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, en Suiza, demostró que es posible generar un 'pequeño Big Bang' utilizando núcleos atómicos mucho más ligeros de lo que se creía posible.

El hallazgo, publicado en la revista Physical Review Letters, desafía la idea tradicional de que solo los núcleos pesados, como el plomo, pueden fundir la materia nuclear en un plasma de quarks y gluones. En cambio, los investigadores usaron isótopos de oxígeno-16 y neón-20 y obtuvieron la misma sustancia primordial que se genera con sistemas más pesados.

"Hemos superado los límites del tamaño mínimo que pueden tener los núcleos atómicos sin dejar de recrear esta materia primordial, lo que podríamos llamar un pequeño Big Bang", afirmó el profesor asociado You Zhou, quien encabezó el equipo de investigación. Según el científico, este avance permite comprender mejor las condiciones necesarias para que la materia transite hacia ese estado extremo, ofreciendo pistas sobre la evolución temprana del universo.

Dado que el plasma de quarks y gluones existe solo por un instante, los físicos no pueden observarlo directamente. En su lugar, midieron el rastro de las partículas resultantes tras su enfriamiento. Fue entonces cuando descubrieron un efecto inesperado: el patrón de movimiento de esas partículas actúa como una sombra que revela la forma geométrica del núcleo original. Mientras que el oxígeno-16, de forma esférica, genera un patrón redondeado, el neón-20 produce una huella estirada, similar a la silueta de un bolo de bolera.

"Es un poco como iluminar un objeto y ver su sombra. No se puede ver el objeto directamente, pero su sombra revela su forma. Del mismo modo, el movimiento de las partículas revela la geometría de los núcleos que estaban presentes al comienzo de la colisión", explicó Emil Gorm Dahlbæk Nielsen, investigador posdoctoral y coautor del estudio. Esta técnica convierte al plasma en una especie de lente para estudiar la estructura nuclear, un posible cambio de paradigma que conecta la física de altas energías con los estudios tradicionales de estructura nuclear.

La investigación, apoyada por el proyecto ERC InitialConditions, sugiere que la relación entre los núcleos ligeros y el nacimiento del cosmos es más estrecha de lo que se suponía. Al comparar colisiones entre diferentes sistemas ligeros, los investigadores aislaron los efectos de la estructura nuclear inicial, abriendo la puerta a investigar núcleos cuya arquitectura aún es un enigma. El siguiente paso será repetir los experimentos con núcleos aún más ligeros, como el helio-4, para determinar el límite exacto en el que el plasma deja de formarse. Con esta nueva metodología, la ciencia se acerca un poco más a descifrar las leyes que rigieron el caos inicial del universo.