Cientistas do Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhague, e seus colegas da colaboração internacional ALICE recentemente colidiram núcleos de xenônio no Grande Colisor de Hádrons supercondutores para obter novos insights sobre as propriedades do plasma quark-gluon (QGP). O QGP é um estado especial que consiste em quarks e glúons que unem os quarks. Os resultados foram publicados em Letras de Física B .

Os pesquisadores substituíram os íons de chumbo normalmente usados ​​para colisões com íons de xenônio. O xenônio é um átomo menor com menos núcleos em seu núcleo. Ao colidir íons, os cientistas criam uma bola de fogo que recria as condições iniciais do universo em temperaturas superiores a 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 (cerca de 10 ^-22 segundos). Sob estas condições, a densidade de quarks e glúons é muito alta, e um estado especial de formas de matéria em que quarks e glúons são quase livres, no estado QGP de interação forte. Os experimentos revelam que, no instante antes dos átomos se formarem no universo, a matéria primordial comportou-se 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, "diz Você Zhou, pós-doutorado no grupo de pesquisa Física Subatômica Experimental do Instituto Niels Bohr. "Desenvolvemos ferramentas novas e poderosas para investigar as propriedades da pequena gota de QGP que criamos nos experimentos."

Os pesquisadores estudaram a distribuição espacial dos muitos milhares de partículas que emergiram 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.

O grau de distribuição de partículas anisotrópicas - o fato de que há mais partículas em certas direções - reflete três informações principais:a primeira é 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 xenônio, colocamos restrições muito rígidas nos modelos teóricos que descrevem o resultado. Não importa as condições iniciais, chumbo ou xenônio, 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 You 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.