Las colisiones entre núcleos de oro han revelado un comportamiento inesperado en una materia comprimida a densidades extremas.
El experimento tiene lugar en el colisionador RHIC, en Estados Unidos. Allí se aceleran núcleos de oro y se proyectan unos contra otros. Durante una fracción de segundo, el choque crea una materia mucho más densa que la presente en un núcleo atómico ordinario.
Colisión entre iones de oro registrada por el detector STAR en el RHIC. Las líneas representan las trayectorias de miles de partículas producidas durante el choque.
Crédito: Brookhaven National Laboratory / Wikimedia Commons — CC BY 2.0.
Los investigadores quieren comprender cómo cambia de estado esta materia en función de su temperatura y densidad. Para ello, varían la energía de las colisiones.
A continuación, el detector STAR registra las miles de partículas producidas. Su movimiento conserva información sobre el estado muy breve que existía justo después de la colisión. En particular, los investigadores se interesaron por las pequeñas variaciones de su movimiento lateral de un choque a otro.
Ahí aparece la anomalía. En las colisiones más frontales, estas variaciones caen bruscamente entre 3 y 5.2 GeV. Después permanecen muy pequeñas hasta 7.7 GeV, antes de volver a aumentar a energías superiores. La señal se aparta claramente de una evolución regular.
Correlaciones del momento medidas por STAR durante las colisiones oro-oro en función de la energía. Aparece un valle en las energías más bajas estudiadas.
Crédito: Colaboración STAR/Brookhaven National Laboratory.
¿Por qué interesa tanto este valle a los físicos? La materia nuclear puede existir en distintos estados, según su temperatura y densidad. Los investigadores sospechan que existe un «punto crítico» en el que la manera de pasar de un estado a otro cambia profundamente.
Cerca de un punto así, la materia podría absorber mucha energía sin que su temperatura variara demasiado. De una colisión a otra, las diferencias de temperatura deberían, por tanto, disminuir. Ahora bien, el valle medido por STAR corresponde precisamente al tipo de comportamiento esperado en esta situación.
Sin embargo, este resultado todavía no basta para anunciar el descubrimiento de un punto crítico. Un modelo de colisión que no incluye este fenómeno no reproduce correctamente la señal observada. Pero otros mecanismos podrían producir una anomalía comparable, y aún quedan varias explicaciones posibles.