Materia exótica del universo primitivo fluye como el agua, según un nuevo estudio

Por LU XIAO
14 de Junio de 2021
Actualizado: 14 de Junio de 2021

En un estudio reciente, científicos concluyeron que una forma exótica de materia que existía en el universo primitivo probablemente fluye como el agua.

A través de la historia, la gente en muchos lugares ha considerado al agua como algo sagrado o como si hubiera existido casi desde el principio de la creación. Se cree que la materia conocida como plasma de quark-gluones es una sopa caliente de partículas elementales que se formó apenas unos microsegundos después del Big Bang y estaba por todas partes en el universo al principio.

Según la física moderna, la relación entre la viscosidad de un fluido (es decir, su grado de fluidez) y su densidad decide la forma en que fluye.

Como un tipo exótico de materia, el plasma de quarks-gluones no se parece a ninguna forma de materia que podamos encontrar en nuestra vida cotidiana. Sin embargo, los investigadores descubrieron que la relación entre su viscosidad y su densidad es similar a la del agua del grifo, ya que ambas mediciones son unos 16 órdenes de magnitud mayores que las del agua.

El profesor Kostya Trachenko, catedrático de física de la Universidad Queen Mary de Londres y autor del trabajo, afirmó en un comunicado: “Todavía no entendemos completamente el origen de esta sorprendente similitud, pero creemos que podría estar relacionada con las constantes físicas fundamentales que establecen el límite inferior universal de la viscosidad tanto para los líquidos ordinarios como para el plasma de quark-gluones”.

La materia que encontramos normalmente está formada por átomos. Estas diminutas partículas están formadas por un núcleo orbitado por electrones. El núcleo está formado por protones y neutrones, que consisten en partículas más fundamentales llamadas quarks y gluones.

En la mayoría de los casos, los quarks y los gluones se pegan y forman protones y neutrones. Sin embargo, si la temperatura es muy alta, aproximadamente un millón de veces más caliente que el centro de nuestro sol, los quarks y los gluones pueden liberarse y formar plasma de quarks y gluones.

Según la teoría del Big Bang, el universo primitivo estaba lleno de plasma de quarks-gluones increíblemente caliente. En solo unos microsegundos, el plasma se enfrió, creando bloques de construcción de la materia.

En los últimos 20 años, los científicos han podido recrear el plasma de quark-gluones en entornos de laboratorio mediante el uso de grandes colisionadores de partículas, proporcionando nuevos conocimientos sobre este tipo de materia.

El equipo de investigación descubrió que la proporción entre la viscosidad y la densidad, conocida como viscosidad cinemática, es similar entre el plasma de quark-gluones y los líquidos ordinarios, a pesar de las enormes diferencias en muchas de sus propiedades físicas.

Según la dinámica de fluidos, el flujo de los mismos se rige por la ecuación de Navier-Stokes, que es sensible a esta relación. Mientras esta relación sea la misma, los dos fluidos se moverán de la misma manera aunque tengan viscosidades y densidades muy diferentes.

“Este estudio proporciona un ejemplo bastante raro y encantador del que podemos establecer comparaciones cuantitativas entre sistemas enormemente diferentes”, dijo en el comunicado el profesor Matteo Baggioli, de la Universidad Autónoma de Madrid. “Los líquidos se describen mediante la hidrodinámica, lo cual nos deja con muchos problemas abiertos que actualmente están en la vanguardia de la investigación física. Nuestro resultado muestra el poder de la física para traducir principios generales en predicciones específicas sobre propiedades complejas como el flujo de líquidos en tipos exóticos de materia como el plasma de quark-gluón”.

El comunicado señala que no cualquier viscosidad líquida es igual a la del plasma de quark-gluones, sino que hay un punto concreto en el que la viscosidad líquida tiene un límite inferior casi universal. Algunos estudios anteriores han sugerido que en este límite, la viscosidad se rige por constantes físicas fundamentales como la constante de Planck.

Estas constantes rigen las propiedades de nuestro universo, como que un protón sea una partícula estable y la creación de los elementos bioquímicos necesarios para la vida. El nuevo estudio descubrió que este límite inferior universal de los fluidos ordinarios, como el agua, se acerca a la viscosidad del plasma de quark-gluones.

“Es concebible que el resultado actual pueda proporcionarnos una mejor comprensión del plasma de quark-gluones”, dijo en el comunicado el profesor Vadim Brazhkin, de la Academia Rusa de Ciencias. “La razón es que la viscosidad en los líquidos en su mínimo corresponde a un régimen muy particular de la dinámica de los líquidos que solo hemos comprendido recientemente. La similitud con el plasma de quarks-gluones sugiere que las partículas de este sistema exótico se mueven de la misma manera que en el agua del grifo”.

La nueva investigación se describe en un artículo publicado en la revista SciPost Physics.


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