Cientistas do Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhague, e seus colegas da colaboração internacional ALICE recentemente colidiram núcleos de xenônio, a fim de obter novos insights sobre as propriedades do Plasma Quark-Gluon (o QGP) - a matéria em que o universo consistia até um microssegundo após o Big Bang. O QGP, como o nome sugere, é um estado especial que consiste nas partículas fundamentais, os quarks, e as partículas que unem os quarks, os glúons. O resultado foi obtido usando o experimento ALICE no Grande Colisor de Hádrons (LHC) supercondutor de 27 km no CERN. O resultado agora está publicado em Letras de Física B .

Os físicos de partículas do Instituto Niels Bohr obtiveram novos resultados, trabalhando com o LHC, substituindo os íons de chumbo, geralmente usado para colisões, com íons de xenônio. Xenônio é um átomo "menor" com menos núcleons em seu núcleo. Ao colidir íons, os cientistas criam uma bola de fogo que recria as condições iniciais do universo em temperaturas acima de vários bilhões de graus. Em contraste com o Universo, a vida útil das gotículas de QGP produzidas em laboratório é ultracurta, uma fração de segundo (em termos técnicos, apenas cerca de 10 ^-22 segundos). Sob essas condições, a densidade de quarks e glúons é muito grande e um estado especial da matéria é formado no qual quarks e glúons são quase livres (apelidado de QGP de interação forte). Os experimentos revelam que a matéria primordial, o instante antes da formação dos átomos, se comporta como um líquido que pode ser descrito em termos de hidrodinâmica.

"Um dos desafios que enfrentamos é que, em colisões de íons pesados, apenas as informações do estado final das muitas partículas detectadas pelos experimentos estão diretamente disponíveis - mas queremos saber o que aconteceu no início da colisão e nos primeiros momentos depois, "Seu Zhou, Pós-doutorado no grupo de pesquisa Física Subatômica Experimental do Instituto Niels Bohr, explica. "Desenvolvemos ferramentas novas e poderosas para investigar as propriedades da pequena gota de QGP (universo inicial) que criamos nos experimentos." Eles dependem do estudo da distribuição espacial dos muitos milhares de partículas que emergem das colisões quando os quarks e glúons foram aprisionados nas partículas em que o Universo consiste hoje. Isso reflete não apenas a geometria inicial da colisão, mas é sensível às propriedades do QGP. Pode ser visto como um fluxo hidrodinâmico. "As propriedades de transporte do plasma Quark-Gluon irão determinar a forma final da nuvem de partículas produzidas, após a colisão, então esta é a nossa maneira de abordar o momento da criação do QGP em si, "Você diz Zhou.

Dois ingredientes principais na sopa:geometria e viscosidade

O grau de distribuição de partículas anisotrópicas - o fato de que há mais partículas em certas direções - reflete três informações principais:a primeira é, como mencionado, a geometria inicial da colisão. A segunda são as condições que prevalecem dentro dos núcleons em colisão. O terceiro é a viscosidade de cisalhamento do próprio plasma Quark-Gluon. A viscosidade de cisalhamento expressa a resistência do líquido ao fluxo, uma propriedade física fundamental da matéria criada. “É um dos parâmetros mais importantes para definir as propriedades do Plasma Quark-Gluon, "Você Zhou explica, "porque nos diz o quão fortemente os glúons unem os quarks".

"Com as novas colisões de Xenon, colocamos restrições muito rígidas nos modelos teóricos que descrevem o resultado. Não importa as condições iniciais, Chumbo ou Xenon, a teoria deve ser capaz de descrevê-los simultaneamente. Se certas propriedades da viscosidade do plasma quark gluon forem reivindicadas, o modelo deve descrever os dois conjuntos de dados ao mesmo tempo, diz Você Zhou. As possibilidades de obter mais informações sobre as propriedades reais da "sopa primordial" são, portanto, aumentadas significativamente com os novos experimentos. A equipe planeja colidir outros sistemas nucleares para restringir ainda mais a física, mas isso exigirá um desenvolvimento significativo de novos feixes do LHC.

"Este é um esforço colaborativo dentro da grande Colaboração ALICE internacional, consistindo em mais de 1.800 pesquisadores de 41 países e 178 institutos. ”Você Zhou enfatizou.