As colisões de núcleos principais ocorrem sob condições físicas extremas. Seu curso pode ser descrito usando um modelo que assume que a transformação, matéria extremamente quente - o plasma quark-gluon - flui na forma de centenas de estrias. Até agora, as "rajadas de fogo" pareciam ser estruturas puramente teóricas. Contudo, a última análise de colisões de prótons individuais reforça a hipótese de que eles representam um fenômeno físico real.

Em 2017, físicos do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia apresentaram um modelo dos fenômenos que ocorrem durante as colisões de núcleos de chumbo em altas energias que capturaram a imaginação. O modelo assumiu que a matéria exótica que surge nas colisões, o plasma quark-gluon, afasta-se do ponto de impacto na forma de numerosas estrias que se estendem ao longo da direção original do movimento dos núcleos. Essas listras se movem mais rapidamente quanto mais longe estão do eixo de colisão. Agora os pesquisadores aplicaram o modelo de "faixas de fogo" a colisões próton-próton muito mais simples. Quando eles compararam suas previsões com os dados coletados nos experimentos no centro europeu de pesquisa nuclear do CERN, eles ficaram bastante surpresos.

Os núcleos principais contêm mais de duzentos prótons e nêutrons. Quando dois desses objetos grandes colidem com uma energia suficientemente grande, surge uma mistura líquida de quarks e glúons (partículas que, em condições normais, aglomeram os quarks em prótons e nêutrons). O plasma quark-gluon se expande rapidamente e simultaneamente esfria. Como resultado, ele existe tão brevemente e em uma área tão pequena do espaço (apenas centenas de milionésimos de um bilionésimo de um metro) que não podemos observá-lo diretamente. Além disso, as interações entre as partículas de plasma são dominadas por forças fortes que são tão complexas que a física moderna simplesmente não é capaz de descrevê-las quantitativamente. Traços do plasma quark-gluon podem ser vistos apenas indiretamente, em partículas provenientes do local de colisão. A teoria prevê que, se o plasma quark-gluon for realmente produzido, detectores devem registrar um número claramente maior de partículas estranhas (isto é, aqueles que contêm quarks estranhos).

"As colisões próton-próton nos aceleradores do CERN produzem poucas partículas estranhas. Portanto, é geralmente aceito que o plasma quark-gluon não surge durante essas colisões. Levamos esse fato em consideração em nosso modelo de faixas de fogo, e então confrontamos suas previsões com dados do experimento NA49 no acelerador SPS. O cumprimento foi surpreendentemente bom. Portanto, podemos dizer que agora 'vimos' uma rajada de fogo em condições físicas qualitativamente diferentes, onde não esperávamos nada! ", explica o Dr. Andrzej Rybicki (IFJ PAN), um dos autores da publicação em Revisão Física C .

"Tivemos que modelar a colisão de dois núcleos principais como uma combinação de várias centenas de faixas de incêndio. Nessas condições, é difícil comentar as propriedades de uma única faixa. No entanto, quando extraímos a distribuição de rapidez do modelo, ou seja, a velocidade relativística das partículas produzidas por uma única linha, descobriu-se que sua forma descreve muito bem os dados reais das medições de produção de partículas em colisões próton-próton, "elabora Mirek Kielbowicz, Ph.D. aluno do IFJ PAN.

A fim de fazer com que os gráficos obtidos usando o modelo de sequência de fogo construído para colisões de núcleos de chumbo concordem com os dados experimentais para colisões próton-próton, eles tiveram que ser dimensionados por um fator de 0,748. Os pesquisadores da Cracóvia demonstraram que esse parâmetro não é gratuito. Na verdade, ele aparece nos cálculos depois de levar em conta as mudanças no balanço de energia causadas pela produção variável de partículas estranhas e pode ser reproduzido a partir de dados experimentais. Este foi outro forte argumento que apóia a correção física do modelo.

"Estou trabalhando no modelo da sequência de fogo como parte da minha tese de mestrado, portanto, não me surpreendeu que descrevesse dados de colisões núcleo-núcleo em uma grande faixa de energia. Contudo, quando vi que a função de fragmentação extraída por nós concorda tão bem com os dados de colisões próton-próton, foi dificil esconder meu espanto, "lembra Lukasz Rozplochowski, um estudante da Universidade Jagiellonian trabalhando com a equipe científica do IFJ PAN.

A matéria decorrente das colisões próton-próton, mais frio e qualitativamente diferente do plasma quark-gluon, portanto, parece se comportar como uma única linha de fogo. Algumas de suas propriedades - como a velocidade das partículas emitidas ou seus decaimentos - são, por algum motivo, surpreendentemente semelhantes às propriedades das faixas de fogo do plasma de quark-gluon. E uma vez que o plasma quark-gluon é formado em energias mais altas e nas colisões de objetos quânticos de maior complexidade, torna-se legítimo dizer que ele herda algumas das características da matéria que formam faixas de fogo em colisões próton-próton.

"Quando descrevemos as colisões núcleo-núcleo, raias de fogo eram para nós apenas estruturas abstratas, algo puramente teórico. Não investigamos sua natureza física, para o que eles poderiam ser na realidade. Sentimos um choque real ao combinar dados experimentais com nosso modelo, descobrimos que o que surge em colisões próton-próton se comporta exatamente como nossa única sequência de fogo, "resume o Dr. Rybicki.

Os resultados da última análise, realizado pelos físicos de Cracóvia sob a concessão SONATA BIS no. 2014/14 / E / ST2 / 00018 do National Science Centre na Polônia, assim, reforça a suposição de que rajadas de fogo, de acordo com a teoria formada em colisões próton-próton e núcleo-núcleo, são devidos a processos físicos reais que ocorrem nos fluxos de matéria quântica extremamente quente.