A colaboração ALICE é um grande grupo de pesquisadores de mais de 100 institutos de física em todo o mundo que se concentra no estudo do plasma quark-gluon usando dados coletados pelo detector ALICE (A Large Ion Collider Experiment). ALICE é um detector de íons pesados ​​projetado para examinar a física de matéria que interage fortemente em densidades de energia extremas, que faz parte do anel acelerador de partículas Large Hadron Collider (LHC) do CERN.

Um dos principais objetivos do experimento ALICE é obter uma melhor compreensão das propriedades das formas de plasma quark-gluon durante colisões de alta energia entre núcleos pesados. O experimento levou recentemente a uma série de observações interessantes, descrito em um artigo publicado em Cartas de revisão física , que fornecem a primeira evidência de interações spin-momento angular orbital em colisões relativísticas de íons pesados.

"Quando colisões de alta energia entre núcleos pesados ​​não são centrais (isto é, não frontal), eles conferem ao plasma formado um grande momento angular, estimado em cerca de 10 ⁷ ħ - equivalente à ordem de 10 ²¹ revoluções por segundo, "Luciano Musa, porta-voz da colaboração ALICE, disse a Phys.org. "Em linguagem simplificada, uma gota extremamente rápida de quarks e glúons é formada. Quarks, por outro lado, têm uma propriedade mecânica quântica chamada spin, que é análogo a uma rotação em torno de um eixo. "

O grande momento angular do plasma quark-gluon formado em colisões de íons pesados ​​pode ser, até certo ponto, transferido para quarks individuais, alinhando suas direções de rotação. Este efeito da mecânica quântica, conhecido como interação spin-órbita, também pode ser observado em outras instâncias, por exemplo, entre elétrons, que também têm spin e "giram" em torno dos núcleos atômicos.

"As interações spin-órbita foram previamente estudadas usando vários sistemas de colisão, mas o grande momento angular do plasma gerado em colisões de núcleos de chumbo no LHC ofereceu uma oportunidade única de busca por este efeito mecânico quântico fundamental em um sistema de quarks desconfinados, "Andrea Dainese, coordenador de física para o experimento ALICE, disse a Phys.org.

De acordo com as previsões teóricas, a interação spin-órbita no plasma quark-gluon deve alinhar o spin dos quarks, que têm um número quântico de spin de 1/2. Os quarks do plasma devem, então, ligar-se aos pares para formar mésons com spin 0 (ou seja, mesões escalares), em que os dois quarks têm orientação de spin oposta, ou spin 1 (ou seja, mésons vetoriais), em que os dois quarks têm a mesma orientação de spin.

As previsões sugerem que o alinhamento dos spins do quark resultaria então em um alinhamento dos spins do méson do vetor. A Colaboração ALICE observou este efeito, reunir as primeiras evidências de alinhamento de spin nos produtos de decaimento dos mésons vetores neutros K * e φ (phi).

"Estudamos esse alinhamento de spin medindo a distribuição angular dos produtos de decaimento dos mésons vetores, "Musa explicou." O sinal mais forte foi visto para os mésons K * e a confirmação de que o sinal é induzido pelo alinhamento do spin foi obtida por meio da falta de um sinal semelhante para os mésons K neutros, que têm spin 0. As medidas presentes são um passo em direção ao estabelecimento experimental de interações spin-órbita na matéria relativística-QCD do plasma quark-gluon. "

A colaboração ALICE é o primeiro grupo de pesquisa a publicar evidências que se alinham com as previsões teóricas de um grande alinhamento de spin de mésons vetoriais em colisões de núcleos pesados. Suas medições são uma conquista significativa no estudo do plasma quark-gluon, como eles apóiam a previsão de que este plasma possui uma vorticidade inicial com momento angular sem precedentes, o que leva ao alinhamento do spin do quark por meio de interações spin-órbita. Seu trabalho oferece uma visão significativa que pode informar estudos futuros que investiguem as propriedades do plasma quark-gluon.

O detector ALICE está passando por uma grande atualização, e em 2022, quando as campanhas de coleta de dados do LHC do CERN começarem novamente, deve ser capaz de registrar amostras de colisão de Pb-Pb 50 vezes maiores do que as coletadas até o momento. Esses dados serão muito mais precisos do que os dados existentes e podem, portanto, levar a novas descobertas fascinantes sobre o plasma quark-gluon.

"Novos estudos com o K * carregado, que tem um momento magnético sete vezes maior que o do K * neutro, pode até permitir uma observação direta do efeito do campo magnético muito grande produzido no plasma quark-gluon pela rotação rápida de partículas eletricamente carregadas, "Dainese disse." Este campo magnético é estimado em 10 ¹⁴ Tesla, mas desaparece em um tempo tão curto de 10 ^-23 segundos! Além disso, também é importante notar que o alinhamento de K * spin neutro é surpreendentemente grande em comparação com a polarização medida para Λ hyperons. Portanto, mais estudos do efeito com mais precisão serão muito interessantes, bem como de outros efeitos que podem se relacionar aos mesmos mecanismos físicos de ângulos diferentes. "

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