TL;DR:
- ALICE, ATLAS, CMS y LHCb reportaron señales del plasma de quarks y gluones en colisiones de oxígeno y neón.
- ATLAS observó pérdida de energía en chorros de partículas, mientras ALICE midió una señal de 4.9σ en colisiones de oxígeno.
- Los resultados sugieren que este estado de la materia puede aparecer en sistemas mucho más pequeños de lo que se pensaba.
El CERN informó que sus cuatro experimentos principales encontraron nuevas señales del plasma de quarks y gluones en colisiones de oxígeno-oxígeno y neón-neón. La materia que se forma durante estos choques alcanza temperaturas superiores a 100,000 veces la del centro del Sol y reproduce condiciones parecidas a las que existieron durante las primeras millonésimas de segundo del universo.
El resultado importa porque durante décadas los físicos pensaron que este estado solo podía generarse al hacer colisionar núcleos pesados, como los de plomo. Los datos más recientes del LHC apuntan a que también puede aparecer en sistemas mucho más pequeños.
El plasma de quarks y gluones es un estado de la materia en el que los protones y neutrones dejan de conservar su estructura habitual. Sus componentes fundamentales, los quarks y los gluones, pueden moverse dentro de un medio extremadamente caliente y denso.
El CERN ya había registrado las primeras colisiones de oxígeno en 2025. Un año después, ALICE, ATLAS, CMS y LHCb presentaron señales complementarias que refuerzan la hipótesis de que estos sistemas ligeros producen un plasma capaz de afectar el comportamiento de las partículas que atraviesan la colisión.
El LHC encontró señales con núcleos mucho más pequeños
La diferencia entre los sistemas tradicionales y los nuevos es considerable. Un núcleo de oxígeno tiene 16 nucleones, mientras que los núcleos de plomo utilizados en otros estudios contienen alrededor de 200. La comparación permite investigar qué tamaño debe alcanzar una colisión para producir los efectos asociados con el plasma.
Las cuatro colaboraciones observaron distintas huellas:
- ATLAS observó el llamado jet quenching, una pérdida de energía que desequilibra los pares de chorros de partículas producidos en la colisión. El efecto fue más fuerte en los choques frontales y superó el umbral de cinco desviaciones estándar.
- ALICE comparó la producción de piones neutros en colisiones de oxígeno-oxígeno y protón-oxígeno. La diferencia permitió separar la pérdida de energía de otros efectos nucleares y produjo una señal a 4.9σ de la hipótesis nula.
- CMS detectó una reducción en la producción de partículas cargadas en colisiones de oxígeno y neón frente a las colisiones entre protones. También encontró una supresión diferenciada en mesones upsilon, formados por un quark bottom y su antiquark.
- LHCb observó que la supresión de partículas compuestas por un quark charm y un quark ligero era más fuerte en las colisiones de neón que en las de oxígeno, un patrón compatible con un plasma de mayor volumen.
- ALICE identificó un flujo anisotrópico preliminar. Las partículas formadas por tres quarks, conocidas como bariones, mostraron una emisión direccional más fuerte que los mesones, compuestos por dos quarks.
"La evidencia de pérdida de energía de partones que establecimos en colisiones de oxígeno está a 4.9σ de la hipótesis nula, lo que significa una probabilidad de 1 entre 2 millones de que se deba al azar", explicó David Chinellato, coordinador de Física de ALICE.
Las cifras de significancia no describen exactamente el mismo análisis. ATLAS midió el desequilibrio de los chorros de partículas, mientras ALICE estudió la pérdida de energía mediante piones neutros. Ambas mediciones observan manifestaciones distintas de un fenómeno relacionado.
Cómo se detecta un plasma que desaparece en un instante
Los quarks y gluones producidos en la colisión se mueven a gran velocidad. Si atraviesan un medio denso, pierden parte de su energía antes de convertirse en las partículas que llegan a los detectores. Ese proceso se conoce como pérdida de energía de partones.
Los chorros de partículas ofrecen una forma de rastrear esa pérdida. En una colisión entre protones, dos chorros suelen salir en direcciones opuestas con energías parecidas. Si uno atraviesa una región más grande de plasma, llega con menos energía y el par aparece desequilibrado.
La centralidad de la colisión también cambia el resultado. Los choques frontales generan una región de materia más grande y producen una pérdida de energía más marcada. En colisiones periféricas, el efecto se parece más al observado entre protones.
Los experimentos también revisaron partículas específicas. La supresión de estados ligados de quarks pesados, la producción de piones y el flujo colectivo aportan pruebas distintas sobre el medio creado en el LHC.
La pregunta ahora es cuál es el tamaño mínimo
Los resultados no fijan todavía un límite exacto para el tamaño necesario. Sí muestran que el comportamiento asociado con el plasma aparece en sistemas mucho más pequeños que los utilizados históricamente para estudiar la materia nuclear caliente.
La respuesta ayudará a separar dos posibilidades: que el plasma necesite una región extensa para comportarse como un fluido colectivo o que algunas de sus propiedades surjan incluso en gotas diminutas creadas durante una colisión.
El LHC de Alta Luminosidad permitirá obtener más datos cuando entre en operación. Las próximas mediciones podrán comparar con mayor precisión cómo cambian la pérdida de energía, el flujo y la supresión de partículas al pasar de protones a oxígeno, neón y núcleos más pesados.
El LHC está convirtiendo una colisión de apenas unos núcleos en una herramienta para estudiar la materia que llenó el universo temprano. El hallazgo no reconstruye el Big Bang, pero sí reduce el tamaño del laboratorio necesario para investigar sus primeras condiciones físicas.
