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Físicos do CERN colidem íons pesados em quarks livres – recriando as condições que existiam no Universo logo após o Big Bang
Durante alguns milionésimos de segundo, logo após o Big Bang, o Universo foi preenchido com uma sopa densa e surpreendentemente quente, feita de todos os tipos de partículas que se moviam quase à velocidade da luz. Esta mistura era dominada por quarks – pedaços fundamentais de matéria – e por glúons, portadores da força forte que normalmente “cola” os quarks em prótons e nêutrons familiares e outras espécies. Naqueles primeiros momentos evanescentes de temperaturas extremas, contudo, os quarks e os glúons estavam apenas fracamente ligados, ficando livres para se moverem sozinhos no que é chamado de plasma de quark-glúons.
Para recriar condições semelhantes às do universo primitivo , aceleradores poderosos fazem colisões frontais entre íons massivos, como núcleos de ouro ou chumbo. Nessas colisões de íons pesados, as centenas de prótons e nêutrons em dois desses núcleos se chocam entre si com energias superiores a alguns trilhões de elétron-volts cada. Isso forma uma minúscula bola de fogo na qual tudo “derrete” em um plasma de quark-glúon.
A bola de fogo esfria instantaneamente e os quarks e glúons individuais (chamados coletivamente de pártons) se recombinam em uma nevasca de matéria comum que se espalha rapidamente em todas as direções. Os detritos contêm partículas como píons e kaons, que são feitos de um quark e um antiquark; prótons e nêutrons, formados por três quarks; e até mesmo copiosos antiprótons e antinêutrons, que podem se combinar para formar os núcleos de antiátomos tão pesados quanto o hélio. Muito pode ser aprendido estudando a distribuição e a energia desses detritos. Uma das primeiras descobertas foi que o plasma de quark-glúon se comporta mais como um fluido perfeito com pequena viscosidade do que como um gás, como muitos pesquisadores esperavam.
Um tipo de detritos é raro, mas particularmente instrutivo. Numa colisão inicial de iões pesados, pares de quarks ou glúons podem colidir diretamente uns com os outros e espalhar-se lado a lado – um surto de energia que rapidamente se condensa num jato de píons, kaons e outras partículas. Observados pela primeira vez em experiências baseadas em aceleradores no início da década de 1980, os jactos são fundamentais para a cromodinâmica quântica, a teoria que explica como os quarks e os gluões podem combinar-se dependendo das suas diferentes “cores” (uma propriedade quântica que não tem nada a ver com cores visíveis).
Em colisões de íons pesados, a primeira evidência de jatos foi vista em 2003 nos experimentos STAR e PHENIX no Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC) do Laboratório Nacional de Brookhaven, nos EUA. No entanto, esses jatos mostraram uma diferença notável em relação aos de colisões mais simples. Na medição mais impressionante, o STAR observou que um dos dois jatos consecutivos era invariavelmente “extinguido”, às vezes enfraquecido e às vezes completamente extinto. Quanto mais longe um jato tem de avançar através da densa bola de fogo de uma colisão de iões pesados – 30 a 50 vezes mais densa que um núcleo normal – mais energia perde.
Os jatos são “sondas duras”, interagindo fortemente por natureza, mas movendo-se tão rápido e com tanta energia que muitas vezes não são completamente absorvidos pelos quarks e glúons circundantes no plasma de quark-glúon. O grau de extinção do jato – um número que emerge em dados de milhões de eventos de colisão – mais a orientação, direcionalidade, composição dos jatos e como eles transferem energia e momento para o meio, revelam o que está dentro da bola de fogo e, portanto, as propriedades do plasma de quark-gluon.
Recentemente, os experimentos ALICE , ATLAS e CMS no Large Hadron Collider (LHC) do CERN confirmaram o fenômeno de extinção de jato em colisões de íons pesados. As energias de colisão muito maiores no LHC levam as medições para energias de jato muito mais altas do que as acessíveis no RHIC, permitindo uma caracterização nova e mais detalhada do plasma de quark-glúon. A compreensão teórica dessas medições é desafiadora, entretanto, e é um dos problemas mais importantes da cromodinâmica quântica atualmente.
Fonte: Agência Espacial Europeia (ESA)
https://home.cern/science/physics/heavy-ions-and-quark-gluon-plasma
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Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da 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” e "Conhecendo a Energia produzida no Sol".
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.
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.
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