Físicos obtêm novos insights sobre universo primordial

Primeira observação direta de um fenômeno conhecido por “têmpera de jato” propiciará estudos mais detalhados sobre a formação da matéria.

taniager

26 Novembro 2010 | 15h27

Experimentos realizados com íons pesados no Acelerador de Partículas do CERN (Organização Europeia para Pesquisa Nuclear) acabam de produzir novo resultado. Em apenas poucos dias, a experiência já havia aberto as portas para novos insights sobre a matéria que poderia ter existido nos primeiros instantes de vida do universo. Ontem, os cientistas do ATLAS e CMS enviaram para publicação na revista científica Physical Review Letters o artigo que relata sobre a primeira observação direta de um fenômeno conhecido por “têmpera de jato”.

Um dos principais objetivos do programa de íons pesados no CERN é buscar respostas para a formação da matéria no universo. Os físicos acreditam que antes da matéria ser formada, o universo era quente e turbulento demais para agregar quarks e glúons para formar prótons e nêutrons, os tijolinhos de construção da matéria. Por esta razão, os glúons e quarks se moviam livremente em um estado de plasma. A equipe de pesquisa busca justamente produzir este plasma para dar curso ao estudo da natureza da força que uniu glúons e quarks para a formação dos núcleos de todos os elementos da matéria que hoje encontramos na tabela periódica.

Colisões de íons pesados do ALICE, ATLAS e CMS. As imagens mostram a têmpera de jato. Crédito: CERN.

Colisões de íons pesados do ALICE, ATLAS e CMS. As imagens mostram a têmpera de jato. Crédito: CERN.

Quando os íons pesados colidem no LHC, eles podem concentrar energia suficiente em um minúsculo volume para produzir minúsculas gotas deste estado primordial da matéria, cuja presença pode ser detectada por uma ampla gama de sinais mensuráveis. Os artigos do ALICE relatam um grande aumento no número de partículas produzidas nas colisões em comparação com as experiências anteriores e confirmam que o plasma muito mais quente, produzido no LHC, se comporta como um líquido de viscosidade muito baixa (um fluido perfeito), em consonância com as observações anteriores realizadas no Colisor RHIC de Brookhaven. Juntos, esses resultados já descartaram algumas teorias sobre como se comportou o Universo primordial.

A capacidade de medição dos detectores dos experimentos ATLAS e CMS permite medir os jatos das partículas que emergem das colisões. Os jatos são formados quando os quarks e glúons “espirram” ao colidirem. Em colisões de prótons, os jatos normalmente aparecem em pares, de trás para trás. Mas em colisões de íons pesados, os jatos interagem nas condições tumultuosas do meio quente e denso. Isto leva a uma sinalização muito característica, conhecida por “têmpera de jato”, na qual a energia dos jatos pode ser degradada severamente, sinalizando interações tão intensas com o meio, como jamais vistas. A têmpera de jato é uma ferramenta poderosa para estudar detalhadamente o comportamento do plasma.

A capacidade do ATLAS para determinar a energia do jato possibilita observar o desequilíbrio das energias de pares de jatos, onde um jato é quase que completamente absorvido pelo meio onde se encontra.

As medições dos ATLAS e CMS anunciam uma nova era no uso de jatos para sondar o plasma de gluon e quark. Somadas às outras medições de três experimentos do LHC, fornecerá uma poderosa visão sobre as propriedades do plasma primordial e as interações entre seus quarks e glúons.