Ciencia.-La sopa resultado del Big-Bang fluye como el agua

MADRID, 28 (EUROPA PRESS)

El plasma de quarks-gluones, la sopa de partículas elementales formada microsegundos después del Big Bang, presenta sorprendentes similitudes como fluido con el agua que proviene de nuestro grifo.

Es la conclusión que destaca un nuevo estudio publicado en la revista SciPost Physics.

La relación entre la viscosidad de un fluido, la medida de cómo de líquido es y su densidad, decide cómo fluye. Si bien tanto la viscosidad como la densidad del plasma de quarks-gluones son aproximadamente 16 órdenes de magnitud más grandes que en el agua, los investigadores encontraron que la relación entre la viscosidad y la densidad de los dos tipos de fluidos es la misma.

Esto sugiere que uno de los estados de materia más exóticos que se sabe que existen en nuestro universo fluiría de su grifo de la misma manera que el agua.

La materia que forma nuestro Universo está formada por átomos, que consisten en núcleos con electrones en órbita. Los núcleos consisten en protones y neutrones conocidos colectivamente como nucleones y estos a su vez consisten en quarks que interactúan a través de gluones. A temperaturas muy altas, aproximadamente un millón de veces más calientes que el centro de las estrellas, los quarks y gluones se liberan de sus nucleones parentales y en su lugar forman una sopa densa y caliente conocida como plasma de quark-gluón.

Se cree que poco después del Big Bang, el universo primitivo se llenó de plasma de quarks-gluones increíblemente caliente. Esto luego se enfrió microsegundos más tarde para formar los bloques de construcción de toda la materia que se encuentra dentro de nuestro universo.

Desde principios de la década de 2000, los científicos han podido recrear plasma de quarks-gluones de forma experimental utilizando colisionadores de partículas grandes, lo que ha proporcionado nuevos conocimientos sobre este exótico estado de la materia.

Se cree que la materia ordinaria que encontramos a diario tiene propiedades muy diferentes al plasma de quarks-gluones que se encuentra en los inicios del Universo. Por ejemplo, los fluidos como el agua se rigen por el comportamiento de átomos y moléculas que son mucho más grandes que las partículas que se encuentran en el plasma de quarks-gluones y se mantienen unidos por fuerzas más débiles.

Sin embargo, el estudio reciente muestra que a pesar de estas diferencias, la relación de viscosidad y densidad, conocida como viscosidad cinemática, es cercana tanto en el plasma de quarks-gluones como en los líquidos ordinarios. Esta relación es importante porque el flujo de fluido no depende solo de la viscosidad, sino que se rige por la ecuación de Navier-Stokes, que contiene densidad y viscosidad. Por lo tanto, si esta relación es la misma para dos fluidos diferentes, estos dos fluidos fluirán de la misma manera incluso si tienen viscosidades y densidades muy diferentes.

Es importante destacar que no es cualquier viscosidad líquida la que coincide con la viscosidad del plasma de quarks-gluones. De hecho, la viscosidad del líquido puede variar en muchos órdenes de magnitud dependiendo de la temperatura. Sin embargo, hay un punto muy particular en el que la viscosidad del líquido tiene un límite inferior casi universal.

Investigaciones anteriores encontraron que en ese límite, la viscosidad del fluido se rige por constantes físicas fundamentales como la constante de Planck y la masa de nucleones. Son estas constantes de la naturaleza las que finalmente deciden si un protón es una partícula estable y gobiernan procesos como la síntesis nuclear en las estrellas y la creación de elementos bioquímicos esenciales necesarios para la vida. El nuevo estudio descubrió que es este límite inferior universal de viscosidad de los fluidos ordinarios como el agua el que resulta estar cerca de la viscosidad del plasma de quarks-gluones.

El profesor Kostya Trachenko, profesor de Física en la Universidad Queen Mary de Londres y autor del artículo reciente, dijo en un comunicado: "Todavía no entendemos completamente el origen de esta sorprendente similitud, pero creemos que podría estar relacionado con las constantes físicas fundamentales que establecen el límite inferior universal de viscosidad tanto para líquidos ordinarios como para el plasma de quarks-gluones".