Física

Asombrosa similitud entre la conducta de granos de arena y la de partículas subatómicas

(NC&T) Este sorprendente hallazgo ha sido hecho por un equipo dirigido por Sidney Nagel y Heinrich Jaeger de la Universidad de Chicago. En el estudio también colaboraron Xiang Cheng y Daniel Citron (de la Universidad de Chicago), y Germán Varas (de la Universidad de Chile). Los científicos han logrado conocer bastante bien los fenómenos de equilibrio gobernados fundamentalmente por la temperatura o la presión. ¿Pero qué sucede con los fenómenos que han sido llevados mucho más allá de su estado de equilibrio, como un chorro de arena? ¿Qué pasa con el plasma de quarks-gluones, la mezcla de partículas subatómicas que existieron quizás durante unas millonésimas de segundo después del Big Bang? Diseñando su experimento, el equipo de investigación se planteó una pregunta fundamental sobre el equilibrio: ¿Bajo qué condiciones un conjunto de moléculas, granos de arena u otras partículas se comportan como un líquido? Las partículas macroscópicas y las subatómicas a veces se comportan de forma similar. Las partículas en el nuevo experimento son lo bastante grandes para permitir a los científicos rastrearlas bajo condiciones controladas con precisión, opción no disponible en la escala subatómica. En el experimento para averiguarlo, se hizo pasar a través de un tubo trocitos de vidrio y cuentas de cobre que impactaban contra un blanco plano. Los investigadores han encontrado que las rápidas colisiones producto de las partículas densamente agrupadas producen el estado "líquido".
Conducta de partículas subatómicas
Los físicos con su experimento de sobremesa. (Foto: U. Chicago)
Los científicos han observado estructuras similares en los experimentos con plasma de quarks-gluones llevados a cabo con el acelerador de partículas RHIC del Laboratorio Nacional de Brookhaven. El RHIC hace chocar entre sí átomos de oro a casi la velocidad de la luz. El equipamiento empleado en el nuevo experimento lanza chorros de materiales granulares sobre un blanco plano a no más de 20 kilómetros por hora. Los investigadores repitieron el experimento bajo una amplia gama de condiciones distintas para asegurarse de que las interacciones entre las partículas granulares y el aire no afectara al resultado del experimento. Verificaron que el ingrediente más importante es la alta densidad de las colisiones rápidas. La similitud entre el chorro granular y los experimentos del RHIC es sorprendente porque los científicos esperaban que la física cuántica dominara los resultados obtenidos con el RHIC. Las leyes de la física cuántica normalmente rigen el mundo atómico y subatómico. La física clásica, a su vez, se aplica a los objetos mayores, los propios de nuestra vida cotidiana. "Esto es lo asombroso de la física", destaca Nagel. "Las leyes que regulan un nivel realmente son las mismas que regulan los otros niveles, o por lo menos influyen en lo que sucede en los otros niveles. Ciertos principios son sencillamente invariables. La conservación de la energía y el momento no pueden eludirse en ninguna escala".


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