Estas figuras mostram instantâneos sequenciais (da esquerda para a direita) da distribuição de temperatura da matéria nuclear produzida em colisões de deutérios (d) com núcleos de ouro (Au) nas energias de colisão mais alta e mais baixa (200 bilhões de elétron-volts, ou GeV, principal, e 20 GeV, inferior) da varredura de energia do feixe, como previsto por uma teoria da hidrodinâmica. De acordo com esses cálculos, a temperatura atingida nessas colisões ultrapassa um trilhão de graus Kelvin, o que é suficiente para derreter os núcleos em um estado de matéria composto de seus quarks e glúons constituintes. O sistema então se expande próximo à velocidade da luz como um fluido quase perfeito e esfria rapidamente. As setas brancas representam a velocidade do fluido conforme ele se expande em taxas diferentes. As medições do experimento PHENIX correspondem aos padrões de fluxo de partículas previstos por esta teoria que descreve o comportamento do plasma quark-gluon, o que é consistente com a interpretação de que essas colisões de partículas, mesmo com baixa energia, estão criando este plasma quark-gluon do universo inicial. Crédito:Departamento de Energia dos EUA
Como foi a matéria momentos após o Big Bang? Partículas emergindo das colisões de energia mais baixa de pequenas partículas com grandes núcleos pesados no Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC) poderiam conter a resposta. Os cientistas revelaram que as partículas apresentam comportamento associado à formação de uma sopa de quarks e glúons, os blocos de construção de quase todas as matérias visíveis. Esses resultados do experimento PHENIX do RHIC sugerem que essas colisões em pequena escala podem estar produzindo minúsculas, partículas de matéria de vida curta que imitam o universo primitivo. As manchas oferecem insights sobre a matéria que se formou há quase 14 bilhões de anos, logo após o Big Bang.
Os cientistas construíram o RHIC para criar e estudar esta forma de matéria, conhecido como plasma quark-gluon. Contudo, eles inicialmente esperavam ver sinais do plasma quark-gluon apenas em colisões altamente energéticas de dois íons pesados, como ouro. As novas descobertas somam-se a um crescente corpo de evidências do RHIC e do Grande Colisor de Hádrons da Europa de que o plasma quark-gluon também pode ser criado quando um íon menor colide com um íon pesado. Os experimentos ajudarão os cientistas a entender as condições necessárias para fazer essa forma notável de matéria.
Em colisões semi-sobrepostas de ouro-ouro no RHIC, mais partículas emergem do "equador" do que perpendiculares à direção da colisão. Este padrão de fluxo elíptico, cientistas acreditam, é causado pelas interações das partículas com o plasma quase "perfeito" - o que significa fluxo livre - de quark-gluon líquido criado nas colisões. Os novos experimentos usaram energias mais baixas e colisões de deuterons muito menores (feitos de um próton e um nêutron) com núcleos de ouro para aprender como este comportamento líquido perfeito surge em diferentes condições - especificamente em quatro energias de colisão diferentes. Correlações na forma como as partículas emergiram dessas colisões deutério-ouro, mesmo com as energias mais baixas, combinou com o que os cientistas observaram nas colisões de íons grandes mais energéticas.
Esses resultados apóiam a ideia de que existe um plasma de quark-gluon nesses pequenos sistemas, mas existem outras explicações possíveis para as descobertas. Uma é a presença de outra forma de matéria conhecida como condensado de vidro colorido, que se acredita ser dominada por glúons. Cientistas do RHIC conduzirão análises adicionais e compararão seus resultados experimentais com descrições mais detalhadas de plasma de quark-gluon e condensado de vidro colorido para resolver isso.
