El agua en una tetera se calienta hasta los cien grados y deja de ser agua para convertirse en vapor. Algo parecido ocurre con los núcleos atómicos cuando se hacen chocar a velocidades enormes en el Gran Colisionador de Hadrones. A una temperatura suficientemente alta, los protones y neutrones que forman los núcleos pierden su forma y se descomponen en quarks y gluones libres, las partículas que normalmente están confinadas dentro de los protones. Este estado se llama plasma de quarks y gluones, y se cree que todo el universo estuvo en ese estado en los primeros instantes después del Big Bang.

En el nuevo trabajo, los físicos analizaron datos de colisiones de protones con núcleos pesados, como plomo y xenón, a diferentes energías. Midieron cuánta energía hay por unidad de volumen y la temperatura de la 'sopa' de partículas resultante. Luego calcularon la relación entre la energía y la cuarta potencia de la temperatura. Para un gas ordinario de partículas, esta relación es constante, pero aquí se comporta de manera diferente. A una temperatura de unos 210 millones de electronvoltios (aproximadamente 2,4 billones de grados Celsius), la relación comienza a crecer bruscamente. Hacia los 230 millones de electronvoltios, alcanza el valor predicho para un gas ideal de quarks y gluones, como si las partículas hubieran dejado de notarse entre sí y se hubieran vuelto libres.

Este crecimiento brusco es una señal de transición de fase. La materia que a temperaturas más bajas se comportaba como un líquido espeso, con fuertes interacciones consigo mismo, de repente se vuelve similar a un gas casi ideal. Es como cuando el hielo, al calentarse, se convierte en agua y luego en vapor, pero aquí la transición ocurre en fracciones diminutas de segundo y en escalas más pequeñas que un núcleo atómico. Los científicos han visto esta transición con claridad por primera vez en los datos del colisionador, comparando diferentes tipos de colisiones.

Entender cómo los quarks y gluones se liberan ayuda a reconstruir la historia del universo temprano. Unos pocos microsegundos después del Big Bang, el plasma de quarks y gluones se enfrió y se 'congeló' en protones y neutrones, los mismos ladrillos que hoy forman estrellas, planetas y a nosotros mismos. Los experimentos en el colisionador permiten asomarse a ese primer y más caliente momento de la existencia de la materia.