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Um evento de colisão lead-lead registrado por ALICE em 2015. (Imagem: colaboração ALICE)
A colaboração ALICE mostra que diferentes estados ligados de um quark charm e sua contraparte de antimatéria são modificados de forma diferente pelo plasma quark-gluon, abrindo novos caminhos para estudar esse estado especial da matéria e seus efeitos.
O plasma quark-glúon é um estado extremamente quente e denso da matéria em que os constituintes elementares – quarks e glúons – não estão confinados dentro de partículas compostas chamadas hádrons, como estão nos prótons e nêutrons que compõem os núcleos dos átomos. Acredita-se que tenha existido no início do universo, esta fase especial da matéria pode ser recriada no Grande Colisor de Hádrons ( LHC ) em colisões entre núcleos de chumbo.
Uma nova análise da colaboração internacional ALICE no LHC investiga como diferentes estados ligados de um quark charm e sua contraparte de antimatéria , também produzidos nessas colisões, são afetados pelo plasma quark-gluon. Os resultados abrem novos caminhos para estudar a forte interação – uma das quatro forças fundamentais da natureza – nas condições extremas de temperatura e densidade do plasma quark-gluon.
Os estados ligados de um quark charm e um antiquark charm, conhecidos como charmonia ou partículas de charme oculto, são mantidos juntos pela forte interação e são excelentes sondas de plasma quark-gluon. No plasma, sua produção é suprimida devido à “triagem” pelo grande número de quarks e glúons presentes nessa forma de matéria. A triagem e, portanto, a supressão, aumenta com a temperatura do plasma (veja a ilustração abaixo) e espera-se que afete diferentes charmonias em graus variados. Por exemplo, espera-se que a produção do estado ψ(2S), que é dez vezes mais fracamente ligado e 20% mais massivo que o estado J/ψ, seja mais suprimida do que a do estado J/ψ.
Essa supressão hierárquica não é o único destino da charmonia no plasma quark-gluon. O grande número de quarks e antiquarks charm no plasma – até cerca de cem em colisões frontais – também dá origem a um mecanismo, chamado recombinação, que forma uma nova charmonia e contraria a supressão até certo ponto (veja a ilustração). Espera-se que este processo dependa do tipo e momento da charmonia, com a charmonia mais fracamente ligada possivelmente sendo produzida por recombinação mais tarde na evolução do plasma, e a charmonia com o momento mais baixo (transversal) tendo a maior taxa de recombinação.
Estudos anteriores, que usaram dados do Super Proton Synchrotron do CERN e posteriormente do LHC, mostraram que a produção do estado ψ(2S) é de fato mais suprimida do que a do J/ψ. ALICE também forneceu anteriormente evidências do mecanismo de recombinação na produção de J/ψ. Mas, até agora, nenhum estudo de produção de ψ(2S) em baixo momento de partículas havia sido preciso o suficiente para fornecer resultados conclusivos neste regime de momento, impedindo que um quadro completo da produção de ψ(2S) fosse obtido.
A colaboração ALICE agora relatou as primeiras medições da produção de ψ(2S) até o momento transversal zero, com base em dados de colisão chumbo-chumbo do LHC coletados em 2015 e 2018.
As medições mostram que, independentemente do momento da partícula, o estado ψ(2S) é suprimido cerca de duas vezes mais que o J/ψ. Esta é a primeira vez que uma hierarquia clara na supressão foi observada para a produção total de charmonia no LHC. Uma observação semelhante foi relatada anteriormente pelas colaborações do LHC para estados ligados de um quark bottom e seu antiquark.
Quando mais estudado em função do momento da partícula, a supressão de ψ(2S) é vista como sendo reduzida em direção ao momento mais baixo. Essa característica, que foi observada anteriormente por ALICE para o estado J/ψ, é uma assinatura do processo de recombinação.
Futuros estudos de maior precisão dessas e de outras charmonias usando dados do LHC Run 3, iniciados em julho, podem levar a uma compreensão definitiva da modificação das partículas de encantos ocultos e, como resultado, da forte interação que as mantém juntas , no ambiente extremo do plasma quark-gluon.
Ilustração do efeito do plasma quark-gluon na formação de charmonia em colisões de chumbo-núcleo. Quando a temperatura do plasma aumenta, o estado ψ(2S) mais fracamente ligado é mais provável de ser “rastreado” e, portanto, não se formar, devido ao maior número de quarks e glúons no plasma (os círculos coloridos). O aumento no número de quarks e antiquarks charm (c e c̄) pode levar à formação de charmonia adicional por recombinação de quarks. (Imagem: colaboração ALICE)
Fonte: CERN / POR COLABORAÇÃO DE ALICE / 20-10-2022
https://home.cern/news/news/physics/alice-explores-hidden-charm-quark-gluon-plasma
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Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos de Economia, Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia. Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
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