Os núcleos atômicos são feitos de núcleons (como prótons e nêutrons), que são feitos de quarks. Quando esmagados em altas densidades, os núcleos se dissolvem em um líquido de núcleons e, em densidades ainda mais altas, os próprios núcleons se dissolvem em um líquido quark.



Em um novo estudo, publicado na revista Physical Review B , os pesquisadores abordaram a questão de saber se os líquidos dos núcleons e dos quarks são fundamentalmente diferentes.

Os seus cálculos teóricos sugerem que estes líquidos são diferentes. Ambos os tipos de líquidos produzem vórtices quando giram, mas em líquidos quark, os vórtices carregam um “campo magnético colorido”, semelhante a um campo magnético comum. Não existe tal efeito em líquidos nucleon. Assim, esses vórtices distinguem nitidamente os líquidos quark dos líquidos nucleares.

Quarks e núcleons dentro dos núcleos interagem entre si através da força nuclear forte. Essa força tem uma propriedade intrigante conhecida como confinamento. Isto significa que os cientistas só podem observar grupos de quarks unidos, mas nunca um quark individual por si só. Em outras palavras, diz-se que os quarks estão “confinados”. Também é difícil descrever o confinamento ou mesmo defini-lo com precisão utilizando ferramentas teóricas.

Este trabalho, usando propriedades de vórtice para distinguir líquidos de quarks de líquidos de núcleons, aborda esse problema de longa data. Isto sugere que há um sentido preciso em que os líquidos densos de quarks não são confinantes, enquanto os líquidos nucleares são confinantes.

Se a matéria nuclear é distinta da matéria quark, em outras palavras, separada por uma transição de fase, é uma questão antiga no estudo de interações fortes, especificamente na teoria da cromodinâmica quântica (QCD). Da mesma forma, os cientistas perguntaram se é ou não possível fornecer uma definição precisa de confinamento.

Ambas as questões foram exploradas no passado a partir de uma perspectiva relativamente antiga, conhecida como paradigma Landau para transições de fase. As considerações do paradigma Landau sugerem que a matéria nuclear e a matéria quark não são distintas. Implica também que o confinamento não pode ser definido com precisão na QCD.

Este trabalho desafia estas conclusões ao adotar um novo conjunto de ferramentas descobertas pelos físicos nos últimos 40 anos. Essas ferramentas detectam transições topológicas em materiais que não se enquadram no paradigma anterior. Quando aplicados ao estudo da QCD, revelam que a matéria quark e a matéria nuclear são distintas. Para diferenciar a matéria quark da matéria nuclear, os cientistas devem comparar as propriedades do vórtice nos dois casos. Um cálculo simples revela que o vórtice na matéria quark captura um campo magnético colorido que está ausente na matéria nuclear. Este resultado também sugere que o confinamento pode ser definido com rigor em QCD densa.

Mais informações: Aleksey Cherman et al, Vórtices em superfluidos de spin-0 carregam fluxo magnético, Revisão Física B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.107.024502
Informações do diário: Revisão Física B

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