Científicos descubren la fuerza oculta que impulsa el fluido más caliente del universo

Cuando los núcleos atómicos colisionan a casi la velocidad de la luz, generan un plasma de quarks y gluones, un estado de materia extremadamente caliente. Este material exótico se comporta como un fluido casi perfecto y ofrece a los científicos la oportunidad de estudiar condiciones similares a las que existieron poco después del Big Bang.

Investigadores se han centrado en el intenso movimiento giratorio del plasma y en sus poderosos campos electromagnéticos, pero la aceleración que experimenta ha recibido menos atención, a pesar de que contribuye directamente a la rápida expansión de la bola de fuego resultante. En hidrodinámica, la aceleración se considera tan fundamental como la vorticidad, de manera similar a cómo se tratan los campos eléctricos y magnéticos en electromagnetismo.

Mapeo de la Aceleración en Energías de Colisión

Un equipo de investigación liderado por los físicos de la Universidad de Fudan, Yu-Gang Ma y Xu-Guang Huang, se propuso mapear cómo se forma y cambia la aceleración dentro del plasma de quarks y gluones. Los investigadores combinaron dos modelos de transporte de partículas ampliamente utilizados, AMPT y UrQMD, con un método de suavizado gaussiano. Esta técnica transformó las distribuciones de partículas individuales en campos continuos de energía, momento y velocidad, permitiendo al equipo examinar el plasma como un fluido en evolución.

Utilizando este enfoque, rastrearon la aceleración en energías de colisión que oscilaban entre 3.5 GeV y 2.76 TeV. "La aceleración no es meramente un detalle cinemático; puede actuar como un parámetro de control termodinámico de la materia QCD", explicó el profesor Huang.

Aceleración Extrema en el Borde de la Bola de Fuego

Las simulaciones mostraron que la aceleración adecuada máxima puede alcanzar varios cientos de MeV tanto en energías de colisión bajas como altas. La aceleración transversal más fuerte apunta consistentemente hacia afuera y se presenta cerca del límite exterior de la bola de fuego. Este borde se convierte en un punto caliente de aceleración porque la presión cae rápidamente mientras que la densidad de entalpía se mantiene baja. Según la ecuación de Euler relativista, estas dos condiciones se refuerzan mutuamente y aumentan significativamente la aceleración.

El plasma se comporta de manera diferente según la energía de la colisión. A energías más bajas, la detención nuclear inicialmente ralentiza la materia, produciendo una desaceleración de hasta aproximadamente 500 MeV. A energías ultrarelativistas, los núcleos pasan a través de cada uno tan rápidamente que extraen el plasma recién creado en pulsos de aceleración breves e intensos. Debido a que la aceleración más poderosa permanece concentrada a lo largo del límite, el efecto general cambia solo ligeramente dependiendo de si los núcleos colisionan directamente o se golpean entre sí en un ángulo.

Un Nuevo Control Posible para la Materia Extrema

La aceleración puede influir en más que el movimiento del plasma. A través del efecto Unruh, un observador acelerado percibiría el espacio vacío como un ambiente térmico. Una aceleración de varios cientos de MeV podría, por lo tanto, asemejarse a temperaturas cercanas a la temperatura de transición de QCD. Esta posibilidad sugiere que la aceleración podría agregar un nuevo "eje de aceleración" a la estructura de fases de la materia QCD, afectando tanto la transición quiral como la transición asociada con la confinación de quarks.

La aceleración también podría generar efectos de transporte previamente inexplorados e influir en la alineación de los giros de las partículas. Estos efectos complementarían los producidos por la vorticidad y podrían ayudar a los investigadores a investigar el comportamiento del giro no resuelto observado en el RHIC y el LHC.

Buscando Señales Medibles en Colisionadores

Los investigadores ahora planean incluir una evolución hidrodinámica más realista en sus cálculos. También esperan identificar señales experimentales que puedan revelar la influencia de la aceleración, incluidos patrones en la polarización del giro de hiperones. Al conectar los efectos cuánticos no inerciales con el comportamiento medible de las partículas, el trabajo abre una nueva dirección para estudiar la materia gobernada por la interacción fuerte.

"Así como la temperatura y la densidad definen el diagrama de fases de la materia, la aceleración puede abrir un nuevo eje de ese diagrama", declaró el profesor Huang. "Al mapear esta dimensión oculta del plasma de quarks y gluones, esperamos convertir los efectos cuánticos no inerciales en firmas que los experimentos puedan medir".

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