O Grande Colisor de Hádrons, o acelerador de partículas mais poderoso do mundo, dá aos cientistas a melhor compreensão do plasma quark-glúon, a matéria primordial que encheu o universo após o Big Bang.
Durante a primeira fração de segundo de sua existência, o universo foi preenchido com uma sopa primordial quente e densa chamada plasma de quark-glúon. No acelerador de partículas circular de quase 27 quilômetros de comprimento, Grande Colisor de Hádrons No Grande Colisor de Hádrons (LHC), localizado nas profundezas dos Alpes franceses, os cientistas do CERN destruíram núcleos de ferro quase à velocidade da luz e recriaram um plasma de quark-glúon. O projeto se chama ALICE (Large Ion Collider Experiment).
A equipe ALICE obteve novas informações sobre o plasma quark-glúon (e as condições do universo primitivo) quando descobriu um padrão comum de colisões de plasma quark-glúon. próton – Partículas encontradas no centro do átomo – Colisões entre prótons e núcleos de chumbo, e entre os próprios núcleos de chumbo. Este modelo pode revelar como o plasma quark-glúon se comporta em Big Bangmostrando que pode ser forjado através de colisões de partículas menores do que se pensava anteriormente.
Quando os cientistas começaram a esmagar prótons no Grande Colisor de Hádrons, sua teoria era que as colisões entre prótons e entre prótons e chumbo eram pequenas demais para criar um plasma de quark-glúon. No entanto, sinais tentadores deste material primordial foram recentemente descobertos nestas pequenas colisões, bem como em colisões entre núcleos de chumbo.
Uma das características do plasma quark-glúon e da sua formação é que as partículas não são emitidas uniformemente, mas em direcções preferidas, o que os cientistas chamam de fluxo anisotrópico. Em velocidades moderadas, o fluxo anisotrópico de partículas depende do número de quarks que as constituem. Os bárions (partículas feitas de três quarks) exibem fluxos mais fortes do que os mésons (partículas feitas de dois quarks).
Os cientistas especulam que isto está relacionado com o processo pelo qual os quarks se unem para formar partículas maiores. Os bárions têm mais quarks e, portanto, obtêm um fluxo maior.
No novo estudo, a colaboração ALICE explica como mediram o fluxo anisotrópico de diferentes mésons e bárions produzidos por colisões próton-próton e próton-chumbo. Ao isolar partículas que fluem juntas, a equipa confirmou que, tal como visto em colisões violentas, estas colisões mais leves produzem bárions mais móveis e mésons menos móveis a velocidades moderadas.
“Esta é a primeira vez que observamos este padrão de fluxo num subconjunto de colisões de protões, que produzem números invulgarmente grandes de partículas para múltiplas espécies em grandes intervalos de momento,” disse David Dobrigkeit Chinellato, coordenador de física da experiência ALICE. disse em um comunicado. “Nossos resultados apoiam a hipótese de que os sistemas em expansão de quarks persistem mesmo que o tamanho do sistema em colisão seja pequeno”.
A equipe ALICE comparou as observações de fluxo feitas com modelos de formação de plasma de quark-glúon e descobriu que os padrões de fluxo se encaixam bem com modelos que explicam a formação de bárions e mésons. No entanto, os modelos que não levam em conta esta coalescência de quarks não conseguem replicar os padrões de fluxo observados.
Os pesquisadores também descobriram que mesmo o modelo mais adequado não conseguia explicar completamente o tráfego observado. Ainda existem algumas diferenças persistentes, e a equipe acredita que outras colisões entre partículas do tamanho de prótons e ferro podem ajudar a suavizá-las.
“Esperamos que, à medida que as colisões de oxigênio registradas em 2025 preencham a lacuna entre as colisões de prótons e chumbo, obteremos novos insights sobre a natureza e a evolução do plasma de quark-glúon em diferentes sistemas de colisão”, disse Kay Schweda, porta-voz da ALICE, em um comunicado.
Então, os cientistas estarão mais perto de compreender as condições no início do universo.
Um artigo sobre esta pesquisa é publicar Em 20 de março, na revista Nature Communications,
