La temperatura del Big Bang en el laboratorio

Mientras que el mundo sigue esperando que el Large Hadron Collider (LHC) comience a escupir datos, los físicos de otros laboratorios, con medios mucho más modestos, siguen haciendo descubrimientos importantes. En el Laboratorio Nacional Brookhaven acaban de “calentar” la materia hasta los 4 billones de grados centígrados, algo así como 250 mil veces más que la temperatura del núcleo del Sol. A esa temperatura, la materia se convierte en una especie de “sopa”, idéntica a la que existía instantes después del nacimiento del universo. Pero, ¿para que sirve todo esto?

Muchas veces pueden obtener resultados asombrosos con medios relativamente limitados. Sabemos que un consorcio integrado por un buen puñado de países ha gastado bastante mas de 6.000 millones de dólares para construir al Large Hadron Collider (LHC), destinado a convertirse en el padre de todos los aceleradores de partículas, pero que por uno u otro motivo aún no se lo ha podido utilizar para recuperar siquiera una parte de esa inversión. Por otra parte, equipos de científicos más pequeños, con recursos más modestos, han hecho avances que los colocan bastante cerca de descubrir el -a estas alturas místico- Boson de Higgs. La física de las altas energías requiere de máquinas increíbles para realizar sus descubrimientos, pero también de mucho ingenio e imaginación a la hora de diseñar sus experimentos. Eso es lo que han demostrado los científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía estadounidense, en Nueva York.

Utilizando un acelerador de átomos llamado Acelerador Relativista de Iones Pesados (RHIC por sus siglas en inglés), un dispositivo mucho más pequeño (y barato) que el LHC, hicieron chocar entre si iones de oro. Viajando a lo largo de un circuito cerrado de casi 3,9 kilómetros de largo, los núcleos de oro alcanzaron una velocidad cercana a la de la luz, antes de chocar con otro haz que gira en sentido opuesto. Con esos impactos  lograron producir explosiones supercalientes con una duración de unos pocos milisegundos. La temperatura que alcanzaron esos iones al golpear unos sobre otros a velocidades cercanas a la de la luz fue de unos cuatro billones de grados centígrados, calor suficiente para convertir la materia en la especie de "sopa" que existió microsegundos después del nacimiento del universo.

Por supuesto, se trata de la temperatura más alta jamás conseguida en un laboratorio. A pesar de la breve duración del experimento, los físicos obtuvieron datos fundamentales sobre el comportamiento de la materia en esas condiciones, material que los mantendrá ocupados durante años. Para tener una idea de lo que significan “4 billones de grados” basta con recordar que es una temperatura 250 mil veces mayor que la que se puede encontrar en el centro de una estrella como el Sol. Es muy posible que en los últimos 15 mil millones de años -tiempo transcurrido desde el Big Bang– no haya habido una temperatura así de alta (al menos creada de forma natural) en todo el universo.

Steven Vigdor, uno de los científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven, durante una conferencia de prensa realizada en la Sociedad de Física de Estados Unidos, en Washington, declaró que “esa temperatura es lo suficientemente alta como para fundir los protones y neutrones”. En realidad, “fundir” quizás no sea el término exacto, pero ilustra claramente qué ocurre con esas partículas cuando se las somete a temperaturas tan altas. En efecto, las partículas que forman átomos están hechas a su vez de componentes más pequeños llamados quarks y gluones. Como resultados de estos impactos, los electrones y protones se “desarman” (o “funden”) en sus partículas  elementales. Para los físicos teóricos, este tipo de experimento ayudará a encontrar las pequeñas irregularidades que pueden explicar por qué la materia surgió en el universo. Desde el punto de vista práctico, al igual que otros tantos experimentos físicos, la información obtenida en  Brookhaven puede tener aplicaciones en el campo de la "spintrónica", la ciencia que intenta construir aparatos informáticos más pequeños, rápidos y potentes basando su funcionamiento en el spin de los electrones en lugar de su carga.

"El RHIC fue diseñado para crear materia a temperaturas halladas por primera vez en el universo primitivo", explica Vigdor. "¿Qué tan caliente es eso? Bien, la temperatura estimada para derretir protones y neutrones es 2 billones de grados", la mitad de la conseguida en el laboratorio. Vigdor da más ejemplos: “El centro del Sol se encuentra a unos 50 millones de grados centígrados, el acero se derrite a 1.800 grados y la temperatura media del universo está actualmente en 0,7 grados centígrados sobre el cero absoluto.” Las condiciones obtenidas en el RHIC recrean del momento justo antes de que la sopa de quarks y gluones se condensara en hadrones (como los neutrones y protones), las partículas de la materia que componen actualmente gran parte del universo. El LHC, cuando esté en funcionamiento, puede hacer chocar entre sí átomos de plomo, más pesados que los de oro, para reproducir las condiciones existentes incluso al nacimiento del universo. Pero para eso deberemos esperar un poco más.