As colisões de núcleos líderes no Grande Colisor de Hádrons (LHC) ocorrem em energias tão grandes que os quarks que normalmente estão confinados dentro dos núcleos são liberados e, junto com os glúons que os mantêm unidos, formam um plasma quark-gluon exótico. Um novo, modelo teórico mais detalhado para este plasma, apresentado por um grupo de físicos da Polônia e dos EUA, prevê que tem uma viscosidade muito menor do que a estimada anteriormente.

Nosso mundo cotidiano consiste principalmente de prótons e nêutrons, cada um contendo três quarks mantidos juntos por fortes interações transmitidas por portadores chamados glúons. Em contraste com a gravidade, que age de forma mais fraca à distância, interações fortes de quarks aumentam com distâncias maiores. Quarks se comportam como se estivessem conectados a molas - quanto mais você os separa, mais eles tentam se manter conectados. Contudo, as energias das partículas aceleradas dentro do LHC são tão altas que, durante as colisões, quarks são liberados de prótons. O plasma quark-gluon é produzido por um curto período de tempo - o fluido mais exótico já examinado em laboratórios. Até recentemente, os físicos acreditavam que era bastante viscoso. Uma conclusão diferente emergiu das análises de pesquisadores do Instituto de Física Nuclear da Academia de Ciências da Polônia (IFJ PAN) em Cracow e da Universidade Estadual de Kent em Kent (Ohio, EUA).

"Na física, os fluxos são descritos usando equações hidrodinâmicas. Ao aplicar as versões mais simples destes para a evolução do plasma quark-gluon, as previsões são bastante consistentes com as medições de colisão do LHC. À primeira vista, a sopa de quark e gluon realmente parece se comportar de acordo com expectativas simples. Contudo, quando começamos a olhar de perto, rapidamente se torna evidente que estamos lidando com um fenômeno muito complexo, "diz o Dr. Radoslaw Ryblewski (IFJ PAN).

A descrição matemática do fluido assume que o fluido é perfeito, isto é, desprovido de viscosidade. Uma vez que não existem fluidos perfeitos na natureza, várias correções são introduzidas para melhorar a precisão das equações hidrodinâmicas. Contudo, as variantes resultantes da hidrodinâmica de fluido viscoso são baseadas em outras suposições - por exemplo, que as pressões no fluido mudam da mesma maneira em todas as direções.

"O problema é que o plasma quark-gluon no LHC é produzido de uma forma muito específica, como resultado de colisões de núcleos de chumbo se aproximando ao longo de uma direção a velocidades próximas à velocidade da luz. Como resultado, o fluido formado por quarks e glúons se move inicialmente ao longo da direção do feixe, e só então começa a esfriar e se diluir em todas as direções, "explica o Dr. Ryblewski." Ao criar um modelo, a escala do desafio aumenta ainda mais quando tentamos levar em conta o fato de que, no início do processo, o fluido é diferente do que no final - uma vez que após o resfriamento, os quarks gradualmente começam a se unir novamente. Então, junto com o Prof. Wojciech Florkowski, começamos a desenvolver um modelo mais detalhado do fenômeno:hidrodinâmica anisotrópica, construído na suposição de que o sistema não se comporta da mesma maneira em todas as direções. "

O último modelo teórico, construído com base na hidrodinâmica anisotrópica, acaba de ser apresentado em Cartas de revisão física . Uma de suas conclusões mais interessantes diz respeito à viscosidade do plasma quark-gluon. Essa viscosidade acaba sendo seis vezes menor do que as previsões numéricas de outros modelos baseados na hidrodinâmica do fluido viscoso.

Em contraste com as equações anteriores, em certos casos, os novos podem ser resolvidos com praticamente qualquer nível de precisão. Combinando suas previsões com dados de outros modelos e comparando-as repetidamente com medições reais no experimento ALICE no LHC, a equipe polaco-americana demonstrou que a hidrodinâmica anisotrópica é atualmente a descrição mais precisa dos fenômenos que ocorrem no plasma quark-gluon.