Gas ultrafrío imita al plasma ultracaliente

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Varios años después de que investigadores de la Universidad de Duke anunciaran un espectacular comportamiento de una nube de gas ultrafrío de baja densidad, investigadores del Laboratorio Nacional Brookhaven han observado propiedades asombrosamente similares en un plasma denso y muy caliente “fluido” creado para simular las condiciones cuando el universo tenía apenas unas millonésimas de segundo.

El plasma se formó a una temperatura colosal de 2 millones de grados Kelvin dentro del Colisionador de Iones Pesados Relativistas de Brookhaven (RHIC). La nube de gas se enfrió a sólo 0,1 millonésima de grado Kelvin usando una “trampa” láser y un campo magnético en Duke. Pero ambos sistemas radicalmente distintos se expandieron como cigarros explosivos. Y su materia constituyente también mostró signos de fluir casi libre de viscosidad — un fluido “casi perfecto”, dijo el profesor de física en Duke John Thomas.

“Hay aproximadamente 19 órdenes de magnitud de diferencia en temperatura y 25 órdenes en densidad, pero tienen en común un flujo de viscosidad casi cero”, dijo Thomas.

Thomas informó de los experimentos de laboratorio con los gases de “fermiones” y su posible relevancia para la investigación del “plasma de quark-gluón” del RHIC así como para la Teoría de Cuerdas durante un simposio organizado por Brookhaven el 15 de febrero durante la reunión anual de 2009 de la Asociación Americana de Ciencia, que tiene lugar el Chicago.

En un informe de noviembre de 2002 de la revista Science, Thomas y sus co-investigadores describieron lo que sucedía después de confinar una nube de átomos de litio-6 y enfriarlos a 100 mil millonésimas de grados obre el cero absoluto. Cuando la nube ultraenfriada en forma de cigarro se liberó de la trampa, se expandió de forma “anisotrópica”, lo que significa que “era más rápido en la dirección que estaba inicialmente más estrecha”, recuerda.

Los átomos de litio son de la clase de los fermiones, lo que significa que sus estados de espín normalmente los hacen mantener una distancia mayor entre sí que la de sus homólogos más amistosos de la clase de los átomos — los bosones. Pero bajo las condiciones extremas de su experimento, incluso los fermiones encuentran formas de colisionar para formar lo que se conoce como “interacciones fuertes”, comenta.

El RHIC de Brookhaven está diseñado para hacer impactar átomos de oro entre sí casi a la velocidad de la luz. Su objetivo es crear energías lo bastante grandes para romper los núcleos en un gas ultracaliente de partículas más fundamentales, quarks “desnudos” y gluones. Los teóricos creen que tal “plasma de quark-gluón” no ha existido desde una fracción de segundo tras el Big Bang.

Cuando empezaron a salir a la superficie los resultados de tales experimentos en abril de 2005, los experimentadores del RHIC encontraron que “el plasma en forma de cigarro tenía un aspecto muy similar a la nube en forma de cigarro de nuestra trampa”, dijo Thomas. Tal nube también se expandía de forma anisotrópica manteniéndose en lo que los teóricos del campo habrían predicho. Los investigadores también encontraron que el plasma se comportaba casi como un fluido perfecto. Mientras tanto, posteriores trabaos del grupo de Thomas han documentado estados fluidos casi libres de viscosidad en los gases de fermiones fríos.

Thomas apunta que los propios quarks también son fermiones. “Por lo que hay un solapamiento bastante amplio, y un genuino interés común en estos dos patrones. No tenemos exactamente el mismo sistema que en el RHIC. Pero en un sentido más amplio existen similitudes que podrían explotarse para lograr una nueva visión”.

Mientras tanto, los investigadores implicado en la Teoría de Cuerdas también se han aproximado a Thomas para ver las similitudes entre sus hallazgos en los fermiones y el comportamiento predicho de lo que los teóricos llaman “interacción fuerte de campos cuánticos”, comenta. “No está claro, no obstante, que la predicción tenga alguna relevancia para los átomos de Fermi colisionando en una trampa. Sin embargo, la cercanía de las medidas iniciales del gas frío con respecto a la predicción son asombrosas”.

Los integrantes de la Teoría de Cuerdas tiene como objetivo salvar el hueco entre la mecánica cuántica y la relatividad general proponiendo que las verdaderas partículas fundamentales son en realidad cuerdas ultradiminutas que vibran en múltiples dimensiones.


Autor: Monte Basgall
Fecha Original: 15 de febrero de 2009
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