Físicos observam ondas de quarks na sopa primordial do Big Bang

• Físicos no CERN descobriram ondas de quarks na plasma quark-gluon
• Esta descoberta confirma as propriedades líquidas do QGP
• As pesquisas podem ajudar a entender o universo primitivo.

Descoberta da plasma quark-gluon

Nos primeiros momentos da existência do universo, a temperatura atingiu trilhões de graus, criando uma mistura intensa de quarks e gluons. Essas partículas elementares se moviam a quase a velocidade da luz em um estado da matéria conhecido como plasma quark-gluon (QGP). Este material primário existiu por apenas algumas milionésimas de segundo, antes de esfriar rapidamente, permitindo que os quarks e gluons se unissem em prótons, nêutrons e outras partículas que observamos hoje.

Experimentos no CERN

No CERN, no Grande Colisor de Hádrons, físicos recriam plasma de quark-gluon para investigar suas propriedades. Ao colidir íons pesados a quase a velocidade da luz, os pesquisadores podem temporariamente separar quarks e gluons, produzindo pequenas quantidades de matéria que existiu nos primeiros microssegundos após o Big Bang. A equipe do CERN, liderada por físicos do MIT, descobriu evidências claras de que os quarks criam ondas ao se moverem através desse plasma.

Ondas de quarks e seu significado

As observações fornecem a primeira evidência direta de que o plasma de quark-gluon reage a partículas em movimento rápido como um todo, produzindo ondas e movimentos vorticosos. "Este foi um longo tema de discussão em nossa área, se o plasma deve reagir ao quark," diz Yen-Jie Lee, professor de física no MIT. "Agora vemos que o plasma é incrivelmente denso e é capaz de desacelerar o quark, criando explosões e vórtices, como um líquido."

Métodos de pesquisa

Li e seus colegas desenvolveram um novo método para detectar essas ondas de quarks. Eles planejam usar essa técnica em dados adicionais sobre colisões de partículas para procurar mais exemplos e estudá-los com mais detalhes. Medindo quão grandes se tornam as ondas, quão rápido elas se movem e por quanto tempo persistem, os cientistas podem determinar propriedades importantes da plasma de quark-glúon.

Plasma de quark-glúon como um líquido ideal

O plasma de quark-glúon é considerado o primeiro líquido do universo e o líquido mais quente já conhecido, atingindo temperaturas de vários trilhões de graus Celsius. Os cientistas também descrevem o QGP como um líquido quase "ideal", onde quarks e glúons individuais se movem juntos como um líquido excepcionalmente suave com quase zero de atrito.

Modelos e teorias

A compreensão da plasma quark-gluon é baseada em numerosos experimentos e investigações teóricas. Um dos modelos influentes é o modelo híbrido, desenvolvido por Krishna Rajagopal e seus colegas, que prevê que a plasma quark-gluon deve se comportar como um líquido quando partículas energéticas passam por ela.

Busca por evidências

Físicos buscaram por anos evidências dessas ondas no Grande Colisor de Hádrons e em outros aceleradores de partículas. Nesses experimentos, íons pesados, como o chumbo, são acelerados a quase a velocidade da luz e colidem, criando pequenas gotas de matéria primária que normalmente existem por menos de um quadrilhão de segundo.

Nova técnica de detecção

Anteriormente, as buscas por ondas de quarks frequentemente se concentravam em pares compostos por um quark e um antiquark. No entanto, Li e seus colegas perceberam que é mais fácil identificar a onda de um único quark se não houver um segundo quark criando uma perturbação sobreposta. Eles desenvolveram uma nova técnica que permite ver os efeitos de um quark no QGP através de outro par de partículas.

O papel dos bósons Z

Em vez de procurar pares de quarks e antiquarks após colisões de íons de chumbo, os pesquisadores procuraram eventos em que um quark se movia através da plasma em quase direção oposta ao bóson Z. O bóson Z é uma partícula elementar neutra que interage fracamente com a plasma ao redor, o que a torna útil como um ponto de controle limpo.

O futuro das pesquisas

Com a nova metodologia da física, espera-se obter mais dados sobre a plasma de quarks e glúons e suas propriedades. "Estudar como as ondas de quarks se refletem e interagem nos dará novas ideias sobre as propriedades da plasma de quarks e glúons," diz Li. Esta descoberta pode avançar significativamente nossa compreensão do universo primitivo e sua evolução.

Fonte: ScienceDaily