Experimento no Grande Colisor de Hádrons usou núcleos de oxigênio e neônio, e mostrou que plasma de quarks e glúons pode ser produzido com elementos mais leves do que se imaginava 0.5x 1x 1.25x 1.5x 2x 00:00 00:00 Big Bang — Foto: Imagem ilustrativa/Pexels Uma equipe internacional de cientistas, liderada por pesquisadores do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague, alcançou um marco na física experimental: recriar em laboratório o estado da matéria que predominou no cosmos durante seu primeiro milionésimo de segundo. A descoberta, realizada no Grande Colisor de Hádrons (LHC) da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), na Suíça, demonstra que é possível gerar um “mini Big Bang” usando núcleos atômicos significativamente mais leves do que se pensava ser possível. Experimento desafia teoria tradicional Tradicionalmente, a física de partículas sustentava que, para fundir matéria nuclear em um estado de plasma de quarks e glúons — isto é, a sopa primordial ultr quente e densa que precedeu a formação de prótons e nêutrons — era imprescindível usar núcleos pesados, como o chumbo. No entanto, o experimento, conduzido como parte da colaboração internacional ALICE e publicado recentemente na revista Physical Review Letters, desafiou essa ortodoxia ao usar isótopos de oxigênio-16 e neônio-20. Os resultados confirmaram que essas colisões, a velocidades próximas à da luz, produzem a mesma substância primordial que os sistemas mais pesados. “Ultrapassamos os limites do tamanho mínimo que os núcleos atômicos podem ter, recriando essa matéria primordial, o que poderíamos chamar de um mini Big Bang”, disse o professor associado You Zhou, que liderou a equipe de pesquisa na Universidade de Copenhague. Segundo o cientista, essa descoberta permite uma compreensão mais precisa das condições fundamentais necessárias para que a matéria transite para esse estado extremo, oferecendo pistas sobre a evolução inicial do Universo. Partículas revelam forma dos núcleos A importância da descoberta vai além da mera recriação do plasma, visto que, devido à sua existência extremamente breve, o plasma de quarks e glúons não pôde ser observado diretamente. Portanto, os físicos mediram o rastro das partículas resultantes após o resfriamento. Foi nesse ponto que descobriram um efeito inesperado: o padrão do movimento das partículas age como uma sombra que revela a forma geométrica do núcleo original. Enquanto o oxigênio-16, por ser esférico, gera um padrão arredondado, o neônio-20 produz uma impressão alongada, semelhante à silhueta de um pino de boliche. “É um pouco como iluminar um objeto e ver sua sombra. Você não consegue ver o objeto diretamente, mas sua sombra revela sua forma. Da mesma forma, o movimento das partículas revela a geometria dos núcleos que estavam presentes no início da colisão”, explicou Emil Gorm Dahlbæk Nielsen, pesquisador de pós-doutorado e coautor do estudo. Essa capacidade de usar o plasma como uma lente para observar a estrutura nuclear representa, segundo os autores, uma potencial mudança de paradigma na área, pois conecta a física de ultra-altas energias com os estudos tradicionais da estrutura nuclear, que são fundamentais desde a época de Aage Bohr. Próximos experimentos A pesquisa, apoiada pelo projeto InitialConditions do ERC, sugere que a relação entre núcleos leves e o nascimento do cosmos é mais próxima do que se pensava anteriormente. Ao comparar colisões entre diferentes sistemas leves, os pesquisadores conseguiram reduzir a influência de outros fatores e isolar os efeitos da estrutura nuclear inicial. Esse método abre caminho para a investigação de núcleos cuja arquitetura ainda é um enigma e fornece uma ferramenta poderosa para o avanço da cromodinâmica quântica. O próximo passo no roteiro da colaboração ALICE será repetir esses experimentos com núcleos ainda mais leves, como o hélio-4, a fim de determinar o limite exato em que o plasma de quarks e glúons deixa de se formar. Com essa nova metodologia, a ciência se aproxima da compreensão das leis que governaram o caos inicial do Universo.