Cuando los núcleos atómicos chocan entre sí a casi la velocidad de la luz, crean brevemente plasma de quarks y gluones, un estado de la materia absurdamente caliente donde los quarks y gluones deambulan libres. Esta sustancia se comporta como un fluido casi perfecto y permite a los científicos vislumbrar condiciones similares a las justo después del Big Bang. Los investigadores han pasado mucho tiempo mirando los dramáticos remolinos del plasma y sus poderosos campos electromagnéticos, pero ¿su aceleración? Apenas un vistazo. Eso es una pena, porque la aceleración es lo que hace que la bola de fuego se expanda tan rápido: en hidrodinámica, es tan fundamental como la vorticidad, al igual que los campos eléctrico y magnético son esenciales para el electromagnetismo.

Un equipo liderado por los físicos de la Universidad de Fudan, Yu-Gang Ma y Xu-Guang Huang, decidió mapear cómo se forma y cambia la aceleración dentro de este plasma. Combinaron dos modelos populares de transporte de partículas, AMPT y UrQMD, con un método de suavizado gaussiano. Este truco convierte las distribuciones individuales de partículas en campos continuos de energía, momento y velocidad, permitiéndoles tratar el plasma como un fluido en movimiento. Luego rastrearon la aceleración en energías de colisión desde 3.5 GeV hasta 2.76 TeV.

"La aceleración no es simplemente un detalle cinemático: puede actuar como un parámetro de control termodinámico de la materia QCD", dijo el profesor Huang, presumiblemente mientras ajustaba sus gafas.

Las simulaciones mostraron que la aceleración propia máxima puede alcanzar varios cientos de MeV tanto en energías de colisión bajas como altas. La aceleración transversal más fuerte siempre apunta hacia afuera y se esconde cerca del borde exterior de la bola de fuego. ¿Por qué? Porque la presión cae rápidamente allí mientras que la densidad de entalpía permanece baja. Según la ecuación de Euler relativista, esos dos factores se refuerzan mutuamente y aumentan la aceleración. Así que el borde es básicamente un punto caliente de aceleración, lo que suena como un gran lugar para evitar.

Pero el plasma no se comporta igual en todas las energías. A energías más bajas, el frenado nuclear inicialmente ralentiza las cosas, produciendo una desaceleración de hasta unos 500 MeV. A energías ultrarelativistas, los núcleos se atraviesan tan rápido que arrastran al nuevo plasma a pulsos de aceleración breves e intensos. Y como la aceleración más fuerte permanece a lo largo del límite, no importa mucho si los núcleos chocan de frente o en ángulo: el efecto es similar. Así que adiós a las colisiones dramáticas.

La aceleración podría hacer más que simplemente mover el plasma. A través del efecto Unruh, un observador acelerado vería el espacio vacío como un baño cálido. Una aceleración de varios cientos de MeV podría parecerse a temperaturas cercanas a la temperatura de transición QCD. Eso significa que la aceleración podría añadir un nuevo "eje de aceleración" a la estructura de fases de la materia QCD, afectando potencialmente tanto a la transición quiral como a la transición de confinamiento de quarks. También podría generar efectos de transporte e influir en la alineación del espín de las partículas, lo que complementaría los efectos de vorticidad y podría ayudar a explicar el comportamiento de espín extraño visto en RHIC y el LHC.

Los investigadores planean incluir una evolución hidrodinámica más realista en sus cálculos la próxima vez. También esperan encontrar señales experimentales, como patrones en la polarización de espín de los hiperones, que puedan revelar las huellas de la aceleración. Al conectar los efectos cuánticos no inerciales con el comportamiento medible de las partículas, este trabajo abre una nueva vía 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", dijo el profesor Huang. "Al mapear esta dimensión oculta del plasma de quarks y gluones, esperamos convertir los efectos cuánticos no inerciales en señales que los experimentos puedan medir realmente". En otras palabras, están convirtiendo una curiosidad teórica en algo que realmente se puede ver en un colisionador, lo cual es mucho más genial de lo que parece.