Temperaturas récord: billones de grados medidos poco después del Big Bang.

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Equipo editorial del sitio web de Innovación Tecnológica - 30 de octubre de 2025

Vista parcial del gigantesco detector STAR, diseñado para estudiar los primeros instantes del Universo. [Imagen: BNL]

Temperatura récord

Si te gustan los récords, te gustará este: Es imposible imaginar una temperatura más alta que la de la sopa primordial, llamada plasma de quarks y gluones , que surgió poco después del Big Bang.

Los científicos acaban de obtener el perfil de temperatura de este estado de la materia extremadamente caliente, generado por un detector conocido como STAR, ubicado en el Colisionador Relativista de Iones Pesados ​​(RHIC) en Estados Unidos. STAR es también el nombre de la colaboración internacional que construyó y opera el equipo, reuniendo a cientos de científicos de 55 instituciones en 12 países.

Mediante el análisis de emisiones de electrones y positrones poco frecuentes procedentes de colisiones atómicas, el equipo determinó las temperaturas precisas en diferentes etapas de la evolución del plasma primordial. Los resultados no solo confirman las predicciones teóricas, sino que también refinan el diagrama de fases de la cromodinámica cuántica (QCD), que describe el comportamiento de la materia en condiciones extremas.

«Nuestras mediciones revelan la firma térmica del plasma de quarks y gluones», afirmó Frank Geurts, miembro de la Colaboración STAR. «El seguimiento de las emisiones de dileptones nos permitió determinar la temperatura del plasma y el momento en que comenzó a enfriarse, lo que nos proporciona una visión directa de las condiciones apenas microsegundos después de la formación del Universo».

El diagrama ilustra las propiedades de la materia con potencial químico bariónico (equivalente a la densidad numérica bariónica neta) y temperatura, con puntos de referencia de núcleos normales, estrellas de neutrones y la transición de fase al plasma de quarks y gluones. [Imagen: Colaboración STAR - 10.1038/s41467-025-63216-5]

billones de grados

Los resultados mostraron dos rangos de temperatura distintos, dependiendo de la masa de los pares de electrones emitidos.

En el rango de baja masa, la temperatura promedio alcanzó aproximadamente 2,01 billones de Kelvin, lo que concuerda con las predicciones teóricas y con las temperaturas observadas durante la transición del plasma a materia ordinaria. En el rango de mayor masa, la temperatura promedio fue de aproximadamente 3,25 billones de Kelvin, lo que representa la fase inicial, más caliente, del plasma.

Este contraste sugiere que los electrones de baja masa se produjeron más tarde en la evolución del plasma, mientras que los electrones de alta masa nacieron en su etapa inicial, más energética.

Al medir con precisión la temperatura del plasma de quarks y gluones en diferentes etapas de su evolución, los científicos obtuvieron datos experimentales cruciales para completar el diagrama de fases de la QCD. Este diagrama es esencial para comprender cómo se comporta la materia fundamental bajo un calor y una densidad inmensos, similares a las condiciones que existieron instantes después del Big Bang, pero que también están presentes hoy en fenómenos astrofísicos como las estrellas de neutrones.

«Con este mapa térmico, los investigadores pueden ahora perfeccionar su comprensión de la vida útil del plasma de quarks y gluones y sus propiedades de transporte, mejorando así nuestro conocimiento del universo primitivo», afirmó Geurts. «Este avance supone mucho más que una simple medición; anuncia una nueva era en la exploración de la frontera más extrema de la materia».

Representación esquemática de una colisión Au+Au reconstruida con el detector STAR. [Imagen: Colaboración STAR - 10.1038/s41467-025-63216-5]

¿Qué tipo de termómetro se utilizó?

Medir temperaturas en entornos donde ningún instrumento puede sobrevivir físicamente requería mucha creatividad y trabajo duro.

El equipo superó este desafío estudiando los pares térmicos de electrones y positrones liberados durante las colisiones de alta velocidad de núcleos atómicos en el colisionador. Estas emisiones les permitieron reconstruir la temperatura del plasma durante su formación y enfriamiento.

«Los pares de leptones térmicos, o emisiones de electrones y positrones producidas durante la vida útil del plasma de quarks y gluones, se han perfilado como candidatos ideales», afirmó Geurts. «A diferencia de los quarks, que pueden interactuar con el plasma, estos leptones lo atraviesan prácticamente intactos, transportando información sin distorsiones sobre su entorno».

Esto requirió mejoras tecnológicas sin precedentes en el detector STAR para permitirle aislar pares de leptones de baja energía y reducir el ruido de fondo. La idea central es que la distribución de energía de estos pares revela directamente la temperatura del plasma, un método conocido como "termómetro penetrante": las emisiones se integran para producir un perfil térmico promedio.

Las estimaciones previas de la temperatura posterior al Big Bang presentaban una gran incertidumbre, además de estar distorsionadas por el movimiento dentro del plasma, que creaba desviaciones similares al efecto Doppler, o por la confusión sobre si las lecturas reflejaban el plasma mismo o etapas posteriores de su desintegración.

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