Em um artigo publicado hoje em Física da Natureza , a colaboração ALICE relata que as colisões de prótons às vezes apresentam padrões semelhantes aos observados nas colisões de núcleos pesados. Esse comportamento foi detectado através da observação dos chamados hádrons estranhos em certas colisões de prótons nas quais um grande número de partículas é criado. Hádrons estranhos são partículas bem conhecidas com nomes como Kaon, Lambda, Xi e Omega, todos contendo pelo menos um denominado quark estranho. A "produção aumentada de partículas estranhas" observada é uma característica familiar do plasma quark-gluon, um estado de matéria muito quente e densa que existia apenas alguns milionésimos de segundo após o Big Bang, e é comumente criado em colisões de núcleos pesados. Mas é a primeira vez que tal fenômeno é inequivocamente observado nas raras colisões de prótons nas quais muitas partículas são criadas. Este resultado provavelmente desafiará os modelos teóricos existentes que não prevêem um aumento de partículas estranhas nesses eventos.

"Estamos muito entusiasmados com esta descoberta, "disse Federico Antinori, Porta-voz da colaboração ALICE. "Estamos novamente aprendendo muito sobre esse estado primordial da matéria. Ser capaz de isolar os fenômenos semelhantes ao plasma do quark-gluon em um sistema menor e mais simples, como a colisão entre dois prótons, abre uma dimensão inteiramente nova para o estudo das propriedades do estado fundamental do qual nosso universo emergiu. "

O estudo do plasma quark-gluon fornece uma maneira de investigar as propriedades de interação forte, uma das quatro forças fundamentais conhecidas, enquanto a produção intensificada de estranheza é uma manifestação desse estado da matéria. O plasma quark-gluon é produzido em temperatura e densidade de energia suficientemente altas, quando a matéria comum passa por uma transição para uma fase em que quarks e glúons se tornam "livres" e, portanto, não ficam mais confinados nos hádrons. Essas condições podem ser obtidas no Grande Colisor de Hádrons colidindo núcleos pesados ​​em alta energia. Os quarks estranhos são mais pesados ​​do que os quarks que compõem a matéria normal, e normalmente mais difícil de produzir. Mas isso muda na presença de alta densidade de energia do plasma quark-gluon, que reequilibra a criação de quarks estranhos em relação aos não estranhos. Este fenômeno agora pode ter sido observado em colisões de prótons também.

Em particular, os novos resultados mostram que a taxa de produção desses hádrons estranhos aumenta com a 'multiplicidade' - o número de partículas produzidas em uma determinada colisão - mais rápido do que a de outras partículas geradas na mesma colisão. Embora a estrutura do próton não inclua quarks estranhos, os dados também mostram que quanto maior o número de quarks estranhos contidos no hádron induzido, mais forte é o aumento de sua taxa de produção. Nenhuma dependência da energia de colisão ou da massa das partículas geradas é observada, demonstrando que o fenômeno observado está relacionado ao estranho conteúdo de quark das partículas produzidas. A produção de estranheza é, na prática, determinada pela contagem do número de partículas estranhas produzidas em uma determinada colisão, e calcular a proporção de partículas estranhas e não estranhas.

A produção aumentada de estranheza foi sugerida como uma possível consequência da formação de plasma de quark-gluon desde o início dos anos oitenta, e descoberto em colisões de núcleos nos anos noventa por experimentos no Super Proton Synchrotron do CERN. Outra possível consequência da formação do plasma quark gluon é uma correlação espacial das partículas de estado final, causando um alinhamento preferencial distinto com a forma de uma crista. Após sua detecção em colisões de núcleos pesados, a crista também foi vista em colisões de prótons de alta multiplicidade no Grande Colisor de Hádrons, dando a primeira indicação de que as colisões de prótons podem apresentar propriedades semelhantes a núcleos pesados. Estudar esses processos com mais precisão será a chave para entender melhor os mecanismos microscópicos do plasma quark-gluon e o comportamento coletivo das partículas em sistemas pequenos.

O experimento ALICE foi projetado para estudar colisões de núcleos pesados. Também estuda colisões próton-próton, que fornecem principalmente dados de referência para as colisões de núcleos pesados. As medições relatadas foram realizadas com dados de colisão de prótons de 7 TeV da execução 1 do LHC.