Académico del Instituto de Física publica estudio sobre materia que se formó al comienzo del universo
Marcelo Loewe es el autor del artículo que busca entender las correlaciones que se producen cuando se forma el quark gluon plasma, una fase de la materia que existió millonésimas de segundos después del Big Bang.
Cuando colisionan iones pesados de alta energía se producen temperaturas tan altas que los neutrones y protones que forman los núcleos se disuelven por breves instantes para formar el quark gluon plasma (QGP, por sus siglas en inglés), una forma de la materia que existió en los inicios del universo. Marcelo Loewe, académico del Instituto de Física UC y un grupo de investigadores, están estudiando en profundidad esta materia, discutiendo aspectos formales y fenomenológicos. "En este trabajo quisimos entender las correlaciones que se producen cuando se forma el quark gluon plasma. Imagínate que tienes un quark formando parte del gluon plasma y quieres acercar otro quark idéntico y ponerlos a una cierta distancia del primer quark. La función de correlación mide la probabilidad de que se encuentren a una cierta distancia", explica.
En estas colisiones relativistas de iones pesados no solo se generan altísimas temperaturas, sino también campos magnéticos de una enorme intensidad, aunque persistentes por muy breves instantes de tiempo, y que afectan la evolución del QGP.
La investigación, en el marco de un modelo llamado Nambu-Jona-Lasinio, demostró que justo antes que se produzca la transición de fase, es decir antes de que se forme el quark gluon plasma, la distancia de correlación crece si el campo magnético aumenta. "Si antes, en ausencia del campo magnético, los quarks se percibían mutuamente a una cierta distancia, ahora se sienten a distancias más grandes, lo que significa que el sistema empieza a estar más correlacionado a medida que el campo magnético crece. Eso fue lo primero que demostramos. Lo segundo fue que si se supera la temperatura crítica esta correlación continúa aumentando".
Este proyecto comenzó en enero de este año y el trabajo fue publicado hace poco en la revista Physical Review D. Técnicamente esto no fue fácil de llevar a cabo, cuenta Marcelo Loewe, "de a poco fuimos sumando gente al equipo para ir resolviendo los cálculos. Empezamos trabajando en esto junto a Alejandro Ayala y Renato Zamora y luego se sumaron Luis Hernández, Alfredo Raya y Cristóbal Rojas. En mayo lo enviamos y se publicó en agosto".
La investigación de Loewe se enmarca dentro del área de física de partículas y teoría cuántica de campos. En ese contexto: "nuestra gran motivación es entender la dinámica de las interacciones fuertes, responsables de que exista el núcleo atómico el cual, básicamente corresponde una 'pelota' de neutrones y protones. Todos los protones tienen la misma carga eléctrica y, por consiguiente, se repelen fuertemente. Entonces ¿cómo es que el núcleo es estable? Esto ocurre por la interacción fuerte, que actúa a distancias muy cortas y con gran intensidad. Cuando posteriormente se descubrió que los protones y neutrones no eran elementales, sino que estaban constituidos de quarks, se entendió que la interacción fuerte se origina en la interacción entre quarks, descrita por una teoría llamada Cromodinámica Cuántica (QCD, por sus siglas en inglés)". Por eso, agrega el académico, "la colisiones relativistas de iones pesados constituyen un escenario muy especial para estudiar propiedades de la QCD. Te permite entender cuál es la dinámica de las interacciones fuertes a alta temperatura y/o densidad, o cuando hay un campo magnético enorme como el que hubo al comienzo del universo. Es notable que hoy se reproduzcan en los laboratorios en la Tierra condiciones parecidas a las que reinaban en el universo temprano. Ya no es ciencia ficción o pura especulación matemática. Es un escenario físico al alcance de nuestros laboratorios".
