La «sopa primordial» del universo era espesa: el CERN confirma que el plasma de cuarks fluye como un líquido

En los primeros instantes tras el big bang, el universo no fue un caos gaseoso, sino un fluido espeso y sorprendentemente ordenado. Un experimento del CERN ha logrado observar por primera vez cómo los cuarks dejan estelas al atravesar el plasma primordial, lo que confirma que la materia original del cosmos fluía como un líquido.

Por Enrique Coperías, periodista científico

Ilustración de un cuark atravesando el plasma de cuarks y gluones, dejando tras de sí una estela en el fluido primordial. «Estudiar cómo las estelas de los quarks rebotan y van y vienen nos dará nuevas pistas sobre las propiedades del plasma de quarks y gluones», señala Yen-Jie Lee. Ilustración: José-Luis Olivares / MIT

Durante una fracción infinitesimal de segundo tras el big bang, el universo primitivo fue un lugar radicalmente distinto al que hoy conocemos. No existían protones ni neutrones, ni átomos, ni estrellas. Todo estaba sumergido en una especie de caldo incandescente de partículas elementales: cuarks y gluones moviéndose libres, sin estar confinados dentro de la materia ordinaria.

A ese estado extremo se le conoce como plasma de cuarks-gluones (QGP, por sus siglas en inglés), y durante décadas los físicos han tratado de entender cómo se comportaba aquella sopa primordial que dominó los primeros instantes del cosmos.

La gran pregunta ha sido siempre la misma: ¿era ese plasma un gas caótico de partículas casi independientes o un fluido denso y colectivo, capaz de fluir como un líquido casi perfecto? Una nueva medición realizada en el grancolisionador de hadrones (LHC) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear, ​comúnmente conocida por la sigla CERN, aporta ahora la evidencia más clara hasta la fecha de que aquella sopa primigenia no era ligera ni etérea, sino sorprendentemente espesa, como un puré de patatas.

Cómo se recrea la sopa primordial en el LHC

El resultado procede de la colaboración CMS, uno de los grandes experimentos del LHC, y se basa en un análisis muy preciso de colisiones de iones de plomo a energías extremas. En estos choques, que recrean temperaturas de más de un billón de grados —similares a las del universo temprano cuando tenía apenas microsegundos de vida—, se forma fugazmente el QGP.

🗣️ «Durante mucho tiempo ha existido un debate en nuestro campo sobre si el plasma debía responder al paso de un cuark. Ahora vemos que el plasma es increíblemente denso, hasta el punto de ser capaz de frenar a un cuark y producir salpicaduras y remolinos como un líquido. Así que el plasma de quarks y gluones es realmente una sopa primordial», explica Yen-Jie Lee, profesor de Física del MIT y uno de los líderes del estudio, en un comunicado del MIT News.

La clave del nuevo estudio, publicado en la revista Physics Letters B, es que, por primera vez, los investigadores han observado con claridad cómo ese plasma responde al paso de una partícula extremadamente energética que lo atraviesa, dejando tras de sí una estela comparable a la de un barco al surcar el agua.

El papel del bosón Z en el experimento

El barco, en este caso, es un cuark de altísima energía producido en la colisión. Y el truco experimental consiste en usar una partícula muy especial como referencia: el bosón Z. Este bosón, bien conocido por la física de partículas y responsable de una de las fuerzas fundamentales, apenas interactúa con el plasma. Es decir, atraviesa ese medio primitivo sin perturbarlo. Por eso, cuando se detecta un bosón Z, los físicos saben con precisión cuánta energía tenía originalmente el cuark que salió disparado en la dirección opuesta.

A partir de ahí comienza el trabajo detectivesco. Si el cuark atraviesa un medio denso, debería perder energía, frenar, y provocar una respuesta colectiva del plasma. Y eso es exactamente lo que ha visto el CMS: una modificación sistemática en la distribución de partículas de baja energía que aparecen alrededor de la trayectoria del quark, una señal inequívoca de que el plasma no se limita a absorber pasivamente la energía, sino que reacciona como un fluido.

🗣️ «Hemos obtenido la primera prueba directa de que el quark arrastra más plasma consigo a medida que se desplaza —subraya Lee en la nota de prensa—. Esto nos permitirá estudiar las propiedades y el comportamiento de este fluido exótico con un nivel de detalle sin precedentes».

El detector CMS del CERN, uno de los cuatro grandes experimentos del gran colisionador de hadrones, durante una de las campañas de toma de datos en las que se recrea el plasma de cuarks y gluones, el estado primordial de la materia que llenó el universo en sus primeros instantes tras el Big Bang. Cortesía: CERN

La estela de los cuarks y la prueba del comportamiento líquido

Los datos muestran un fenómeno conocido como estela hidrodinámica. Al avanzar, el cuark empuja el plasma hacia delante, lo que crea un déficit de energía —un agujero temporal— justo detrás de él. En términos técnicos, se trata de una estela negativa: una región empobrecida en partículas suaves que delata que el medio ha sido desplazado de forma colectiva.

Este efecto solo puede explicarse si el plasma se comporta como un líquido con muy baja viscosidad, capaz de transmitir perturbaciones de forma coherente.

No es la primera vez que se sugiere que el plasma de cuarks-gluones es un fluido casi perfecto. Experimentos anteriores en el LHC y en el acelerador RHIC de Estados Unidos ya habían apuntado en esa dirección. Pero hasta ahora faltaba una prueba directa y clara de la respuesta del medio al paso de una partícula muy energética, separando ese efecto de otros procesos más confusos.

🗣️ «Esto es algo que muchos de nosotros llevamos muchos años defendiendo que tenía que estar ahí, y que numerosos experimentos han tratado de encontrar», señala Krishna Rajagopal, profesor de Física del MIT y uno de los teóricos que predijeron este comportamiento, que no participó directamente en el estudio.

El bosón Z como «farol»

El uso del bosón Z como farol experimental ha permitido, por fin, aislar la señal. El análisis se ha realizado comparando colisiones de plomo contra plomo con colisiones de protones, que sirven como referencia. En los choques más centrales —aquellos en los que los núcleos se solapan casi por completo—, el efecto es especialmente pronunciado.

Para partículas de baja energía, los investigadores observan un déficit claro en la dirección del bosón Z, justo donde debería manifestarse la estela negativa del plasma. En cambio, en colisiones más periféricas, donde el medio es menos denso, esa señal se atenúa hasta desaparecer.

«Cuando se producen dos quarks, el problema es que, al ir en direcciones opuestas, uno de ellos eclipsa la estela del segundo», explica Lee, al recordar por qué durante años fue tan difícil observar este efecto con claridad.

Por qué este hallazgo confirma un fluido casi perfecto

La observación encaja notablemente bien con modelos teóricos que describen el plasma como un fluido casi ideal, gobernado por las ecuaciones de la hidrodinámica relativista. Algunos de estos modelos, inspirados incluso en ideas procedentes de la teoría de cuerdas, predicen precisamente la formación de estelas positivas y negativas cuando una partícula energética atraviesa el medio.

🗣️ «Lo que Yen-Jie y CMS han hecho ha sido diseñar y llevar a cabo una medición que nos ha proporcionado, por primera vez, una prueba limpia, clara e inequívoca de este fenómeno fundamental», destaca Daniel Pablos, profesor de Física de la Universidad de Oviedo y colaborador habitual de Rajagopal.

Los nuevos datos de CMS favorecen claramente estos enfoques frente a otros en los que el plasma se comporta más como un gas disperso de partículas.

Recreación de un evento registrado por el detector CMS en el que se observa la producción conjunta de un cuark top, un bosón W y un bosón Z. Los chorros de partículas generados por la desintegración del cuark top aparecen como conos amarillos, mientras que los muones procedentes de la desintegración del bosón Z se muestran como trazas rojas. Cortesía: CERN

Implicaciones para la cosmología y la física fundamental

Más allá del detalle técnico, el resultado tiene implicaciones profundas. Significa que el estado de la materia más caliente y denso jamás recreado en un laboratorio humano posee propiedades colectivas emergentes, muy alejadas de la imagen intuitiva de partículas individuales chocando entre sí. En cierto sentido, el plasma de quarks y gluones se comporta más como un líquido ultradenso que como un gas.

«Estudiar cómo las estelas de los quarks rebotan y van y vienen nos dará nuevas pistas sobre las propiedades del plasma de cuarks-gluones —añade Lee—. Con este experimento estamos tomando una instantánea de esa sopa primordial de cuarks».

Esta conclusión resulta especialmente fascinante porque conecta la física de partículas con la historia del universo. Comprender cómo fluía ese plasma primordial ayuda a reconstruir las condiciones iniciales del cosmos a partir de las cuales se formaron los protones, los neutrones y, en última instancia, toda la materia visible.

Una nueva imagen del cosmos primitivo

Además, estos estudios no solo miran al pasado. También proporcionan un banco de pruebas único para la cromodinámica cuántica, la teoría que describe la interacción fuerte entre quarks y gluones y que sigue siendo extraordinariamente difícil de resolver en condiciones extremas.

El trabajo del CMS no cierra el debate, pero marca un hito. La señal observada supera el umbral estadístico que los físicos consideran convincente y abre la puerta a mediciones aún más precisas con los futuros datos del LHC. Con más colisiones y mejores detectores, será posible cartografiar con mayor detalle cómo fluye el plasma, cuánta energía absorbe y cómo se reorganiza a escala microscópica.

En definitiva, la imagen que emerge es la de un universo primitivo lejos de ser un caos desordenado. Incluso en sus primeros instantes, cuando todo estaba reducido a una sopa abrasadora de partículas elementales, la materia ya mostraba comportamientos colectivos complejos. La sopa primordial no solo estaba caliente: era espesa, densa y capaz de fluir. Y, gracias a estos experimentos, empezamos por fin a entender cómo.▪️(28-enero-2026)

Preguntas&Respuestas: Soma Primordial y Cuarks

⚛️ ¿Qué es el plasma de quarks y gluones?

Es un estado extremo de la materia en el que quarks y gluones están libres, similar al que existió justo después del Big Bang.

⚛️ ¿Por qué se dice que es un líquido?

Porque responde colectivamente al paso de partículas energéticas, creando estelas y remolinos, como un fluido denso.

⚛️ ¿Qué ha descubierto el CERN exactamente?

Ha observado por primera vez la estela que deja un quark al atravesar el plasma, demostrando su comportamiento líquido.

⚛️ ¿Qué papel juega el bosón Z?

Sirve como referencia experimental porque atraviesa el plasma sin interactuar, permitiendo aislar el efecto del quark.

⚛️ ¿Por qué este descubrimiento es importante?

Porque confirma cómo se comportaba la materia en el universo primitivo y valida modelos fundamentales de la física.

• Información facilitada por MIT News

• Fuente: The Cms Collaboration. Evidence of medium response to hard probes using correlations of Z bosons with hadrons in heavy ion collisions. Physics Letters B (2025). DOI: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2025.140120.