Hielo, agua, vapor: transiciones de fase que todos conocemos. Pero, ¿qué ocurre si comprimimos y calentamos el propio núcleo atómico? Los teóricos creen que los protones y neutrones que lo forman se "funden", liberando piezas más pequeñas: los quarks y gluones del modelo estándar. El resultado es una papilla caliente que llamamos plasma de quarks y gluones. Llenó el universo en los primeros microsegundos después del Big Bang.
En el CERN, en el acelerador SPS, se encuentra el experimento NA61/SHINE: en esencia, un enorme microscopio que observa esas microexplosiones. Iones pesados (como núcleos de plomo) se aceleran hasta velocidades cercanas a la velocidad de la luz y se hacen chocar contra un blanco fijo. La energía del impacto crea durante un instante temperaturas de miles de millones de grados, suficientes para "derretir" la materia nuclear. El experimento varía la energía del haz (de 13 a 158 gigaelectronvoltios por nucleón) y los tipos de núcleos que colisionan, desde protones individuales hasta plomo pesado, como si se ajustara el fuego bajo una olla y el tamaño de la propia olla.
La pista principal sobre el nacimiento del plasma es el comportamiento de los quarks "extraños". En la materia ordinaria apenas existen, pero en el plasma aparecen en abundancia. Los científicos siguen la relación entre el número de partículas extrañas y el de piones (las partículas más ligeras, que se producen en abundancia). Según el modelo estadístico de la etapa temprana, en la gráfica de esta relación frente a la energía de colisión debería aparecer un "cuerno": un aumento brusco y luego una caída. Esto recuerda al momento de ebullición: la temperatura del agua deja de subir aunque se siga calentando, porque la energía se invierte en romper enlaces, no en calentar.
Los datos recientes de NA61/SHINE muestran efectivamente ese cuerno en torno a los 30 gigaelectronvoltios, y la forma del pico depende del tamaño de los núcleos que colisionan. Los resultados se comparan con los de otros experimentos de todo el mundo, y el panorama coincide: la transición de la materia nuclear ordinaria al plasma de quarks y gluones no es abrupta, sino que pasa por una región difusa, como la fusión de la mantequilla, no del hielo. Esta exploración sistemática "bidimensional" —en energía y en tamaño del sistema— ayuda a trazar un mapa completo de los estados de la materia nuclear, desde núcleos fríos hasta plasma incandescente.
Hielo, agua, vapor... y plasma de quarks y gluones. Los físicos añaden a esta lista un estado más de la materia, que solo puede crearse calentando por un instante una diminuta gota del universo a temperaturas inimaginables.
La temperatura dentro de la bola de fuego en las colisiones de núcleos de plomo es unas 100 000 veces mayor que la del centro del Sol.
En la novela "Acelerando" de Charles Stross se describe la "sopa de quarks" como un entorno computacional de una mente extraterrestre.