Após sete meses de colisão de feixes de prótons em busca de novas partículas fundamentais, o LHC hoje começou a colidir feixes de prótons com feixes compostos de íons pesados ​​- os núcleos dos átomos de chumbo.

O estudo dessas colisões assimétricas dará aos físicos percepções mais precisas sobre o estado do universo alguns milionésimos de segundo após o Big Bang.

Durante este breve período, o universo estava cheio de todos os tipos de partículas movendo-se quase na velocidade da luz. A mistura era dominada por quarks - unidades fundamentais da matéria - e por glúons, portadores da força forte que normalmente ligam os quarks aos prótons e nêutrons familiares. Naqueles primeiros momentos de temperaturas e densidades extremas, prótons e nêutrons ainda não se formaram e os quarks e glúons foram ligados apenas fracamente, livres para se moverem por conta própria no que é chamado de plasma quark-gluon.

Normalmente, os físicos recriam essas condições colidindo dois feixes, ambos compostos do mesmo tipo de íons pesados, como chumbo.

Mas uma noite em setembro de 2012, Os físicos do LHC escolheram colidir feixes feitos de duas partículas diferentes pela primeira vez - íons pesados ​​com prótons menos massivos. Analisando os dados, os pesquisadores ficaram surpresos ao ver em uma fração das colisões sinais de uma expansão coletiva do sistema, uma espécie de mini-Big Bang. Esta é uma marca característica das colisões chumbo-chumbo, e bem conhecido por estar associado às propriedades do plasma quark-gluon, mas nunca tinha sido visto em colisões de prótons de chumbo antes.

Então, em 2013, uma corrida de um mês inteiro de colisões próton-chumbo confirmou essas primeiras observações.

Este ano, feixes de prótons e chumbo serão colididos em duas energias diferentes:5,02 TeV e, no final do mês, o máximo possível 8,16 TeV. A energia mais baixa será equivalente à das colisões chumbo-chumbo em 2015, as primeiras colisões próton-chumbo e também algumas colisões próton-próton, o que significa que os pesquisadores serão capazes de fazer comparações diretas entre os três.

"As colisões próton-chumbo são algo que o LHC não estava originalmente previsto para fazer, mas agora tem um interesse ainda maior pela física do que se esperava. Todos os experimentos aderiram ao programa, incluindo LHCb, que originalmente não era um experimento de íons pesados, "diz John Jowett, o físico acelerador do CERN responsável por íons pesados ​​no LHC.

Embora todos os experimentos levem alguns dados, a corrida de baixa energia está sendo conduzida principalmente para os cientistas do experimento ALICE do CERN, que desejam coletar muito mais dados, de mais eventos e com maior precisão, para obter estatísticas melhores do que em 2013.

"Estamos muito entusiasmados com a possibilidade, nesta corrida, de compreender uma faceta completamente nova deste fenômeno. Compreender como a matéria interage fortemente no sistema próton-chumbo mais simples pode realmente ser a chave para entender como o plasma quark-gluon é formado "explica Federico Antinori, porta-voz eleito do experimento ALICE do CERN.

Os íons de chumbo têm 82 vezes mais carga e 206,4 vezes mais massa do que os prótons. Colidindo esses feixes assimétricos, com propriedades e tempos de vida muito diferentes, leva a muitos desafios para os físicos e operadores de aceleradores do LHC. Uma grande quantidade de trabalho preparatório de engenharia foi feito na parada técnica da semana passada, incluindo modificações especiais na instrumentação do feixe do LHC e nos sistemas que injetam o feixe.

"Achava-se que isso não funcionaria de jeito nenhum, à medida que partículas de diferentes tipos se movem em torno do LHC em velocidades diferentes - na energia de injeção, o feixe de chumbo é ligeiramente mais lento do que os prótons, então dá sete voltas a menos ao redor do anel em um minuto (os prótons fazem 674, 729 naquele tempo). Esses problemas foram resolvidos em 2012, mas a física do feixe e a configuração operacional continuam complicadas e um território um tanto inexplorado ”, diz Jowett.

"Esta é a primeira vez que fazemos colisões de prótons de chumbo desde 2013, fornecer dados que são importantes para interpretar os resultados das colisões chumbo-chumbo, "diz Frédérick Bordry, Diretor de Aceleradores e Tecnologia do CERN. "É também o último íon executado até 2018."