Durante décadas, la regla para crear plasma de quarks-gluones (QGP, por sus siglas en inglés) —esa sopa ultra caliente de quarks y gluones libres que llenó el universo en sus primeros millonésimos de segundo— era simple: trae los núcleos más grandes que tengas. Plomo, específicamente, que es más de 200 veces más pesado que los protones que normalmente se usan en los experimentos del LHC. La suposición era que solo esos pesos pesados podían generar la presión y el calor tremendos requeridos, temperaturas que superan 100.000 veces las del centro del Sol, donde los protones y neutrones dejan de mantenerse unidos y se disuelven en sus quarks y gluones constituyentes.

Resulta que el universo pudo haber sido más frugal que eso. Un año después de las primeras colisiones de oxígeno en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), las cuatro principales colaboraciones de investigación —ALICE, ATLAS, CMS y LHCb— han reportado ahora señales de que esta forma primordial de materia puede emerger cuando colisionan núcleos de oxígeno y neón. Sí, oxígeno y neón. La cosa ligera. Los núcleos de trofeo de participación.

Los resultados desafían una suposición de larga data sobre las enormes fuerzas necesarias para crear una sustancia tan extrema, y ofrecen a los científicos una nueva forma de investigar las condiciones que prevalecieron durante los primeros momentos del universo.

Una de las formas más claras de identificar el QGP es observar qué sucede cuando quarks y gluones energéticos intentan atravesarlo. A medida que estas partículas se mueven a través del material extremadamente caliente y denso, pierden parte de su energía —un proceso que los científicos llaman pérdida de energía de partones, y una pista útil de que se ha formado QGP. La colaboración ATLAS detectó claramente este efecto al estudiar pares de chorros de partículas —flujos concentrados de partículas producidos cuando quarks y gluones energéticos emergen de una colisión— generados durante colisiones oxígeno-oxígeno y neón-neón. Los investigadores observaron diferencias de energía entre los chorros emparejados, lo que indica que algunas de las partículas habían perdido energía mientras viajaban a través del material circundante. El efecto fue especialmente pronunciado durante colisiones más directas, de frente (centrales), que se espera que creen un mayor volumen de plasma, dando a las partículas más material por el que viajar y causando una mayor pérdida de energía. Los resultados preliminares de ATLAS respaldan esto: al examinar partículas cargadas que retroceden en la dirección opuesta a los fotones, los investigadores encontraron una relación similar entre la pérdida de energía y cuán centralmente colisionaron los núcleos.

ALICE, CMS y LHCb buscaron el mismo proceso subyacente con un enfoque diferente. En lugar de centrarse principalmente en la energía de los chorros, examinaron cómo el plasma parece reducir la producción de ciertas partículas energéticas. CMS encontró que la producción de partículas cargadas estaba suprimida tanto en colisiones oxígeno-oxígeno como neón-neón en comparación con colisiones protón-protón —consistente con partículas que pierden energía dentro del QGP, y una evidencia adicional de que el material exótico puede formarse en colisiones que involucran núcleos más ligeros. LHCb reportó otra pista importante en un estudio separado, investigando partículas que contienen un quark encantado y un quark más ligero y comparando cuán fuertemente se suprimía su producción en colisiones de oxígeno y neón. La supresión fue más pronunciada en las colisiones de neón, más pesadas, precisamente el comportamiento que los científicos esperarían si las colisiones más grandes produjeran mayores volúmenes de plasma, causando que las partículas pierdan más energía al atravesarlo.

La producción reducida de partículas, sin embargo, no prueba necesariamente que la pérdida de energía sea la responsable; otros procesos físicos podrían potencialmente producir efectos similares. Así que ALICE comparó la producción de piones neutros, otro tipo de partícula subatómica, en colisiones oxígeno-oxígeno y protón-oxígeno. La comparación proporcionó evidencia inequívoca de pérdida de energía de partones en colisiones oxígeno-oxígeno, fortaleciendo el caso de que incluso colisiones nucleares relativamente pequeñas pueden generar condiciones asociadas con el QGP.

Los investigadores también buscaron otro