Com energias muito altas, a colisão de núcleos atômicos massivos em um acelerador gera centenas ou mesmo milhares de partículas que sofrem inúmeras interações. Físicos do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências de Cracóvia, Polônia, mostraram que o curso deste processo complexo pode ser representado por um modelo surpreendentemente simples:Matéria extremamente quente se afasta do ponto de impacto, estendendo-se ao longo da trajetória de vôo original em faixas, e quanto mais longe a seqüência está do plano da colisão, quanto maior sua velocidade.

Quando dois núcleos atômicos massivos colidem em altas energias, a forma mais exótica de matéria é formada - um plasma quark-gluon se comportando como um fluido perfeito. Essas considerações teóricas mostram que após o impacto, o plasma se forma em faixas ao longo da direção do impacto, movendo-se mais rápido quanto mais longe ele se move do eixo de colisão. O modelo, suas previsões e as implicações para os dados experimentais até agora são apresentados no jornal Revisão Física C .

As colisões de núcleos atômicos ocorrem com extrema rapidez e a distâncias de apenas centenas de femtômetros (ou seja, centenas de milionésimos de um bilionésimo de metro). As condições físicas são excepcionalmente sofisticadas, e a observação direta do fenômeno não é possível atualmente. Em tais situações, a ciência lida com a construção de modelos teóricos e comparando suas previsões com os dados coletados em experimentos. No caso dessas colisões, Contudo, uma grande desvantagem é que o conglomerado de partículas resultante é o plasma de quark-gluon. As interações entre quarks e glúons são dominadas por forças tão fortes e complexas que a física moderna não é capaz de descrevê-las com precisão.

"Nosso grupo decidiu se concentrar nos fenômenos eletromagnéticos que ocorrem durante a colisão porque são muito mais fáceis de expressar na linguagem da matemática. Como resultado, nosso modelo provou ser simples o suficiente para que pudéssemos empregar os princípios de conservação de energia e momentum sem muitos problemas. Mais tarde, descobrimos que, apesar das simplificações adotadas, as previsões do modelo permanecem pelo menos 90 por cento consistentes com os dados experimentais, "diz o Dr. Andrzej Rybicki (IFJ PAN).

Núcleos atômicos massivos acelerados a altas velocidades, observada no laboratório, são achatados na direção do movimento como resultado dos efeitos da teoria da relatividade. Quando duas dessas 'panquecas' próton-nêutron voam uma em direção à outra, a colisão geralmente não é central - apenas alguns dos prótons e nêutrons de um núcleo alcançam o outro, entrar em interações violentas e formar o plasma quark-gluon. Ao mesmo tempo, alguns dos fragmentos externos das panquecas nucleares não encontram nenhum obstáculo em seu caminho, e continuar seu vôo ininterrupto; no jargão dos físicos, eles são chamados de "espectadores".

"Nosso trabalho foi inspirado por dados coletados em experimentos anteriores com colisões nucleares, incluindo estes feitos no acelerador SPS. Os efeitos eletromagnéticos que ocorrem nessas colisões que examinamos mostraram que o plasma quark-gluon se move a uma velocidade mais alta quanto mais perto está dos espectadores, "diz o Dr. Rybicki.

Para reproduzir esse curso do fenômeno, os físicos do IFJ PAN decidiram dividir os núcleos ao longo da direção do movimento em uma série de tiras - 'tijolos'. Cada núcleo em seção transversal, portanto, parecia uma pilha de tijolos empilhados (no modelo, sua altura era de um femtometre). Em vez de considerar as complexas interações fortes e fluxos de momentum e energia entre centenas e milhares de partículas, o modelo reduziu o problema a várias dezenas de colisões paralelas, cada um ocorrendo entre dois blocos próton-nêutron.

Os cientistas da IFJ PAN confrontaram as previsões do modelo com dados coletados de colisões de núcleos massivos medidos pelo experimento NA49 no Síncrotron Super Proton (SPS). Este acelerador está localizado na Organização Europeia de Pesquisa Nuclear CERN perto de Genebra, onde uma de suas tarefas mais importantes agora é acelerar o lançamento de partículas no acelerador do LHC.

"Devido à escala de dificuldades técnicas, os resultados do experimento NA49 estão sujeitos a incertezas de medição específicas que são difíceis de reduzir ou eliminar completamente. Na realidade, a precisão do nosso modelo pode até ser maior do que os já mencionados 90 por cento. Isso nos dá o direito de dizer que, mesmo que houvesse algum adicional, ainda não incluído, mecanismos físicos nas colisões, eles não devem mais afetar significativamente a estrutura teórica do modelo, "diz o doutorando Miroslaw Kielbowicz (IFJ PAN).

Depois de desenvolver o modelo de colisões de 'pilhas de tijolos, 'os pesquisadores do IFJ PAN descobriram que uma estrutura teórica muito semelhante, chamado de 'modelo de raia de fogo, 'já havia sido proposto por um grupo de físicos do Laboratório Lawrence Berkeley (EUA) e do Centro de Pesquisa Nuclear Saclay da França em 1978.

"O modelo anterior de faixas de fogo que, na verdade, mencionamos em nossa publicação, foi construído para descrever outras colisões que ocorrem em energias mais baixas. Criamos nossa estrutura de forma independente e para uma faixa de energia diferente, "diz o Prof. Antoni Szczurek (IFJ PAN, University of Rzeszow) e enfatiza:"A existência de dois modelos independentes baseados em uma ideia física semelhante e correspondendo a medições em diferentes faixas de energia de colisões aumenta a probabilidade de que a base física sobre a qual esses modelos são construídos seja correta."

O modelo de sequência de fogo de Cracóvia fornece novas informações sobre a expansão do plasma quark-gluon em colisões de alta energia de núcleos atômicos massivos. O estudo desses fenômenos está sendo ampliado ainda mais no âmbito de outro experimento internacional, NA61 / SHINE no acelerador SPS.