Dentro de una estrella de neutrones, los restos de una estrella explosiva, de peso medio, ascienden mil millones de veces más que en el núcleo del sol. Durante décadas, algunos físicos teóricos han especulado que bajo esas condiciones, podría surgir un tipo extraño de materia: una sopa de partículas subatómicas llamadas quarks. Ahora, un nuevo análisis indica que la receta para esa sopa, llamada materia de quark frío, necesita revisión. Si es correcto, sugiere que los aceleradores de partículas en la Tierra podrían ser capaces de producir partes estables de la materia del quark. También pondría el parásito en partículas hipotéticas llamadas strangelets, que los creadores de miedo alguna vez afirmaron podrían destruir el mundo.

"Es un argumento especulativo, pero obviamente no tiene nada de malo", dice Robert Pisarski, un teórico nuclear del Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nueva York, que no participó en el trabajo.

¿Cómo están formados los núcleos atómicos?

Los núcleos atómicos consisten en protones y neutrones, que a su vez consisten en tríos de quarks arriba y abajo, dos de los seis "sabores" de las partículas, fuertemente unidos por la fuerza nuclear fuerte. Desde la década de 1970, algunos teóricos han predicho que bajo presiones extremas, como las que se encuentran en los corazones de las estrellas de neutrones, los quarks podrían liberarse de sus cadenas de fuerza para crear una sopa de materia de quarks fríos.

También predijeron que los ingredientes de la sopa serían diferentes de los de protones y neutrones. Sus cálculos sugieren que para minimizar su energía, la materia de quark debe incluir un tercer sabor de quarks conocidos como quarks extraños.

A pesar de que extraños quarks emergen solo fugazmente, usualmente en colisiones con aceleradores de partículas, los cálculos sugieren que una materia tan extraña de quarks podría tener una energía más baja que la materia nuclear ordinaria. Eso significa que motas de materia extraña de quark, o strangelets, podrían ser estables y que, en principio, los núcleos ordinarios podrían transformarse en ellas.

Esa transformación requeriría conversiones simultáneas de quarks arriba y abajo a quarks extraños, algo poco probable que ocurra espontáneamente en la era del universo. Pero los strangelets generados en rayos cósmicos o persistentes a partir de eventos astrofísicos violentos podrían sobrevivir indefinidamente. Los científicos los han buscado de muchas maneras, hasta ahora sin éxito.

Bob Holdom, un teórico nuclear en la Universidad de Toronto en Canadá, y sus colegas dicen que han desterrado materia de quark extraño con mejores estimaciones de cómo, a través de efectos cuánticos, los quarks cambian la energía del vacío del espacio en sí, un componente clave de la energía total de la materia del quark "Nuestro modelo nos permite ver cómo la energía del vacío depende del sabor del quark", dice Holdom. Mezclarse en extraños quarks implica una mayor penalización energética de lo que se pensaba anteriormente, tan alto que la materia del quark frío debe consistir únicamente en quarks hacia arriba y hacia abajo, informan los investigadores en un artículo en prensa en Physical Review Letters.

Los núcleos atómicos claramente no se convierten fácilmente en materia de quark up-down tampoco.

El equipo calcula que para masas por debajo de 300 veces la del protón, los núcleos ordinarios son estables porque los efectos similares a la tensión superficial aumentan la energía de la materia del quark. Sin embargo, si los experimentadores que se esfuerzan por crear nuevos elementos superpesados ​​pudieran elevarse en masa un poco más allá del núcleo más pesado visto hasta ahora, oganesson, con una masa atómica de 294, entonces podrían hacer "pepitas" estables de materia de quark up-down, los teóricos predicen.

¿Es este el final para la materia extraña del quark?

Probablemente no, dice Pisarski. La teoría de los quarks es tan matemáticamente intratable que, como todos los demás, Holdom tuvo que recurrir a modelos aproximados, dice.

Laura Paulucci, astrofísica de la Universidad Federal de ABC en São Paulo, Brasil, agrega que el análisis tampoco descarta la cuestión del quark extraño en estrellas de neutrones, donde la densidad debería ser significativamente más alta de lo que suponen los teóricos. "No estoy seguro de que la teoría que están usando sea adecuada" para las condiciones en estrellas de neutrones, dice ella.

Aún así, el estudio puede ser una buena noticia para los científicos que cazan materia de quark estable, dice Evan Finch, un experimentador de la Universidad Estatal del Sur de Connecticut en New Haven que ha buscado strangelets haciendo polvo de luna a través de un espectrómetro de masas y buscando partículas con carga extraña.

relaciones de masa. "Hay una sugerencia de que tal vez hemos estado buscando en el lugar equivocado" para la cuestión del quark, dice. "Soy un poco escéptico, pero es divertido".

La nueva imagen de la materia del quark frío también podría disipar una amenaza exagerada para el mundo. Los opositores del Gran Colisionador de Hadrones en Suiza habían argumentado que el destructor de átomos podría producir strangelets cargados negativamente que devorarían núcleos atómicos cargados positivamente en un proceso fugitivo.

Los físicos habían respondido que si semejante catástrofe fuera posible, los strangelets del espacio habrían consumido desde hace tiempo el planeta. La cuestión del quark up-down definitivamente descartaría el escenario del apocalipsis: debería estar cargado positivamente y repeler los núcleos atómicos.

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