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O Large Hadron Collider oferece aos cientistas a melhor visão das condições logo após o Big Bang
O acelerador de partículas mais poderoso do mundo, o Grande Colisor de Hádrons, deu aos cientistas a melhor visão do plasma de quark-gluon, a matéria primordial que preencheu o universo momentos após o Big Bang.
Durante as primeiras frações de segundo da existência do universo, o cosmos 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, o Grande Colisor de Hádrons (LHC), que fica bem abaixo dos Alpes franceses, os cientistas do CERN recriaram o plasma de quark-glúon, esmagando núcleos atômicos de ferro a uma velocidade próxima da da luz. O projeto é denominado ALICE (A Large Ion Collider Experiment).
A equipe ALICE obteve novas informações sobre o plasma de quark-glúons (e, portanto, sobre as condições do universo primitivo) quando detectaram um padrão comum às colisões entre prótons — as partículas encontradas no coração dos átomos — colisões entre prótons e núcleos de chumbo e colisões entre os próprios núcleos de chumbo. Este padrão poderia revelar como o plasma de quark-glúons se formou logo após o Big Bangindicando que poderia ser forjado por colisões de partículas menores do que se pensava anteriormente.
Quando os cientistas começaram a esmagar prótons no LHC, teorizou-se que as colisões entre prótons, bem como entre prótons e chumbo, seriam pequenas demais para gerar plasma de quark-glúon. No entanto, sinais tentadores desta matéria primordial foram recentemente vistos nestas pequenas colisões, bem como nas colisões entre núcleos de chumbo.
Uma das assinaturas do plasma quark-glúon e da sua formação é o facto de as partículas não serem emitidas uniformemente, mas numa direcção preferida, a que os cientistas chamam fluxo anisotrópico. Em velocidades intermediárias, o fluxo anisotrópico de partículas depende do número de quarks que as compõem. Os bárions, partículas compostas por três quarks, apresentam um fluxo mais forte do que os mésons, que são partículas compostas por dois quarks.
Os cientistas teorizam que isto está ligado ao processo que une os quarks para formar partículas maiores. Os bárions possuem mais quarks e assim ganham maior fluxo.
Em uma nova pesquisa, a Colaboração ALICE explicou como mediu o fluxo anisotrópico para diferentes mésons e bárions criados por colisões próton-próton e próton-chumbo. Ao isolar as partículas que fluem juntas, a equipa confirmou que, tal como acontece nas colisões pesadas, estas colisões mais leves dão origem a bárions com fluxo mais forte e a mésons com fluxo mais fraco a velocidades intermédias.
“Esta é a primeira vez que observamos, para um grande intervalo de momento e para múltiplas espécies, este padrão de fluxo em um subconjunto de colisões de prótons em que um número incomumente grande de partículas é produzido”, disse David Dobrigkeit Chinellato, coordenador de física do experimento ALICE, disse em um comunicado. “Nossos resultados apoiam a hipótese de que um sistema de quarks em expansão está presente mesmo quando o tamanho do sistema de colisão é pequeno”.
A equipe ALICE comparou as observações de fluxo feitas com modelos de formação de plasma de quark-glúon, descobrindo que o padrão de fluxo se ajusta perfeitamente aos modelos que explicam a formação de bárions e mésons. Os modelos que não levam em consideração essa coalescência de quarks, entretanto, não conseguiram replicar o padrão de fluxo observado.
Os pesquisadores também descobriram que mesmo os modelos mais adequados não conseguiam explicar completamente o fluxo observado. Ainda existem algumas discrepâncias persistentes, rugas que a equipe acredita que outras colisões entre partículas com tamanhos entre prótons e ferro poderiam ajudar a resolver.
“Esperamos que, com as colisões de oxigênio registradas em 2025, que preenchem a lacuna entre as colisões de prótons e as colisões de chumbo, obteremos novos insights sobre a natureza e a evolução do plasma de quark-glúon em diferentes sistemas de colisão”, disse o porta-voz da ALICE, Kai Schweda, no comunicado.
Então, os cientistas chegarão ainda mais perto de compreender as condições encontradas no início do universo.
Um artigo sobre esta pesquisa foi publicado em 20 de março na revista Nature Communications,
