LHC del CERN: Así Recrea la Materia del Universo Primitivo
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN continúa proporcionando nuevas pistas sobre las condiciones extremas que existieron durante los primeros instantes del universo.
En 2025, el acelerador realizó por primera vez colisiones de oxígeno-oxígeno y neón-neón. En 2026, los cuatro grandes experimentos —ALICE, ATLAS, CMS y LHCb— presentaron nuevos indicios de que estas colisiones de núcleos ligeros pueden producir plasma de quarks y gluones (QGP), un estado extremadamente caliente y denso de la materia asociado con los primeros microsegundos después del Big Bang.
El resultado abre una nueva ventana para estudiar cómo se comportaba la materia cuando el universo era radicalmente diferente al que conocemos actualmente.
¿Qué es el plasma de quarks y gluones?
El QGP aparece bajo temperaturas y densidades extraordinariamente elevadas.
En condiciones normales, los quarks permanecen confinados dentro de partículas como protones y neutrones. Sin embargo, cuando la materia alcanza energías extremas, este confinamiento puede desaparecer y dar lugar a un medio formado por quarks y gluones.
CERN señala que las temperaturas alcanzadas superan las 100.000 veces la temperatura del centro del Sol.
Esta condición resulta especialmente importante porque los científicos consideran que el universo atravesó una etapa similar durante sus primeros microsegundos.
¿Cómo consigue el LHC recrear estas condiciones?
El LHC acelera partículas y núcleos atómicos hasta energías enormes antes de hacerlos colisionar.
Cuando dos núcleos chocan, una gran cantidad de energía queda concentrada en una región microscópica durante un tiempo extremadamente corto.
El objetivo no es reproducir el Big Bang completo, sino crear determinadas condiciones físicas que permitan estudiar experimentalmente cómo evolucionaba la materia en aquella etapa primordial.
El nuevo experimento con oxígeno y neón
Durante 2025, el LHC realizó una campaña especial utilizando protones, oxígeno y neón. Fue la primera vez que se realizaron en este acelerador colisiones de oxígeno-oxígeno y neón-neón.
Hasta ahora, buena parte de las investigaciones sobre materia nuclear extrema se había concentrado en colisiones de iones pesados, especialmente núcleos de plomo.
Trabajar con núcleos más ligeros permite observar qué sucede cuando disminuye el tamaño del sistema creado durante la colisión.
Esto ofrece una especie de escala experimental que va desde sistemas pequeños hasta las grandes colisiones de iones pesados.
¿Por qué son importantes las colisiones de oxígeno y neón?
Una de las grandes preguntas es si existe un tamaño mínimo necesario para que aparezcan las características colectivas asociadas con este estado de la materia.
Los nuevos resultados aportan información relevante.
ATLAS observó pérdida de energía de partones mediante un desequilibrio entre pares de chorros de partículas producidos en las colisiones de oxígeno y neón.
CMS también encontró una supresión en la producción de determinadas partículas cargadas respecto a las colisiones protón-protón.
LHCb observó efectos relacionados con partículas que contienen quarks pesados, mientras que ALICE realizó comparaciones entre diferentes sistemas de colisión para estudiar cómo pierden energía los partones.
La combinación de estos resultados permite analizar el fenómeno desde diferentes perspectivas.
Una materia que se comporta como un fluido
Uno de los aspectos más interesantes de estas investigaciones es que el medio generado no se comporta simplemente como una colección independiente de partículas.
Los experimentos han observado patrones de flujo colectivo que pueden describirse mediante herramientas de la dinámica de fluidos.
Las colisiones de oxígeno y neón realizadas en 2025 mostraron comportamientos relacionados con la geometría de los núcleos que participan en el choque.
Esto permite estudiar cómo un sistema microscópico, creado durante una colisión extremadamente energética, puede evolucionar colectivamente como un fluido caliente y denso.
Los primeros microsegundos del universo
Durante los primeros instantes después del Big Bang, el universo era muchísimo más caliente y denso que en la actualidad.
Todavía no existían los átomos tal como los conocemos. A medida que el universo se expandía y se enfriaba, la materia atravesó diferentes etapas hasta formar las partículas y estructuras que conocemos.
Los experimentos del LHC permiten estudiar algunas propiedades de esa materia primordial mediante pequeñas regiones creadas artificialmente durante las colisiones.
Los investigadores pueden analizar cómo se expande, cómo pierde energía y cómo genera movimientos colectivos antes de evolucionar hacia estados formados por partículas compuestas.
¿Qué son los quarks y los gluones?
Los quarks son partículas elementales que forman, entre otras partículas, a los protones y neutrones.
Los gluones están asociados con la interacción fuerte, responsable de mantener unidos a los quarks dentro de las partículas compuestas.
En condiciones normales, los quarks no aparecen aislados debido al fenómeno conocido como confinamiento de color.
Las colisiones de muy alta energía permiten investigar qué ocurre cuando las condiciones de temperatura y densidad son suficientemente extremas para crear un medio colectivo de estas partículas.
El LHC como máquina para estudiar el origen de la materia
Aunque el LHC es mundialmente conocido por su papel en el descubrimiento del bosón de Higgs, sus objetivos científicos son mucho más amplios.
Sus experimentos permiten investigar:
- La estructura fundamental de la materia.
- Las partículas elementales.
- La interacción fuerte.
- La materia nuclear en condiciones extremas.
- Las condiciones existentes en el universo temprano.
- La estructura interna de los núcleos atómicos.
- Los fenómenos producidos en colisiones de energías extraordinarias.
La incorporación de oxígeno y neón amplía todavía más las posibilidades experimentales.
¿Qué pueden descubrir los científicos?
Uno de los objetivos principales es determinar cómo aparecen y evolucionan las propiedades colectivas cuando cambia el tamaño del sistema.
Las colisiones de oxígeno y neón ocupan una región intermedia entre los sistemas pequeños y las colisiones de núcleos pesados como el plomo.
Esta información puede ayudar a mejorar los modelos utilizados para describir la materia nuclear sometida a temperaturas y densidades extremas.
También permite diferenciar qué fenómenos observados en sistemas pequeños proceden realmente de un medio colectivo y cuáles pueden explicarse mediante otros mecanismos físicos.
Nuevos datos para comprender el universo
Los resultados recientes no significan que el LHC haya recreado el Big Bang completo.
Lo que los científicos consiguen es crear durante un instante diminuto determinadas condiciones extremas que permiten estudiar propiedades de la materia relacionadas con una etapa muy temprana de la historia cósmica.
Cada nuevo tipo de colisión proporciona información adicional para separar los diferentes fenómenos físicos que intervienen.
Las campañas con oxígeno y neón representan, por tanto, una nueva herramienta para comprender cómo se comportaba la materia primordial.
¿Por qué esta investigación también importa para la tecnología?
La investigación fundamental en aceleradores de partículas requiere tecnologías extremadamente avanzadas.
Los grandes experimentos científicos utilizan sensores de alta precisión, electrónica especializada, superconductividad, sistemas de vacío, redes de comunicación y potentes infraestructuras informáticas.
Además, analizar las enormes cantidades de datos generadas en las colisiones requiere sistemas avanzados de procesamiento y modelos matemáticos sofisticados.
Aunque el objetivo principal sea comprender las leyes fundamentales de la naturaleza, estas tecnologías también pueden generar aplicaciones y conocimientos útiles para otros sectores científicos y tecnológicos.
Una nueva etapa para la física de altas energías
Los resultados obtenidos con oxígeno y neón plantean nuevas preguntas sobre la formación de estados colectivos de la materia en sistemas pequeños.
Los investigadores pueden comparar ahora protones, oxígeno, neón y núcleos pesados para determinar cómo cambian las propiedades del sistema cuando varían su tamaño, geometría y energía.
Esta comparación puede contribuir a construir una descripción más completa de la materia sometida a condiciones extremas.
El plasma de quarks y gluones constituye una de las herramientas más importantes para investigar la materia que existió durante los primeros instantes del universo.
Las nuevas colisiones de oxígeno y neón realizadas en el LHC están ampliando el campo de investigación y aportando nuevos indicios sobre la aparición de comportamientos colectivos en sistemas de núcleos ligeros.
Los resultados obtenidos por ALICE, ATLAS, CMS y LHCb permiten estudiar fenómenos como la pérdida de energía de los partones, la supresión de partículas y el comportamiento colectivo del medio.
En última instancia, estas investigaciones buscan responder una de las preguntas fundamentales de la ciencia:
¿Cómo pasó el universo de un estado extremadamente caliente y denso a la materia compleja que existe actualmente?
El LHC continúa acercándonos a esa respuesta, colisión tras colisión.
Comentarios
Publicar un comentario