Menor 'big bang' já criado redefine limites da matéria primordial

O que aconteceu

Em um experimento conduzido pelo CERN, cientistas produziram plasma de quark-gluon (QGP) usando colisões de oxigênio-16 e néon-20, elementos que pesam menos de um décimo do chumbo, até então considerado o menor núcleo capaz de gerar esse estado. O resultado, publicado na Physical Review Letters, foi obtido por uma equipe internacional de colaboradores.

Oxigênio-16 e néon-20, utilizados no experimento do CERN, geraram o plasma ao colidirem a velocidades próximas à da luz. Os sinais coletados mostraram que a matéria criada se expandiu coletivamente como um fluido antes de esfriar, comportamento típico do QGP. "Pressionamos o limite de quão pequenos podem ser os núcleos atômicos enquanto ainda recriam essa matéria primordial, o que você poderia chamar de 'pequeno big bang'", disse You Zhou, pesquisador do Instituto Niels Bohr, na Holanda, e coautor do estudo, em comunicado à imprensa.

Contexto

Nos primeiros microssegundos após o Big Bang, cerca de um milionésimo de segundo, quarks e gluons existiam livres em uma sopa quente e densa, sem estarem confinados em prótons e nêutrons. À medida que o universo se expandiu e esfriou, essas partículas se condensaram em matéria comum. Por anos, colisores de partículas tentaram recriar esse estado primordial, mas recorriam a elementos pesados como o chumbo.

A descoberta redefine o tamanho mínimo que um núcleo atômico precisa ter para gerar QGP. O estudo do CERN demonstrou que átomos com menos de um décimo da massa do chumbo já são suficientes, ampliando o leque de experimentos possíveis.

Por que importa

Compreender o plasma de quark-gluon é essencial para desvendar o que aconteceu nos primeiros minutos do universo, quando a matéria como a conhecemos ainda não existia. Como não há mais fonte natural desse estado primordial, os micro big bangs criados em laboratório são a única forma de estudá-lo. A nova técnica permite experimentos mais baratos e versáteis, abrindo caminho para testar teorias sobre a força nuclear forte, conhecida como cromodinâmica quântica.

Impacto

No curto prazo, o estudo valida que colisões com elementos leves podem produzir QGP, o que pode levar a novos experimentos com outros átomos ainda menores. No médio prazo, isso pode refinar modelos sobre a evolução do universo e ajudar a entender fenômenos como as estrelas de nêutrons. Para a física de partículas, é um passo para mapear os limites da matéria em condições extremas.

O que muda

O limite de tamanho para gerar QGP caiu drasticamente. A definição de quais elementos podem produzir esse estado precisa ser revista. O resultado sugere que a transição para o plasma não exige a complexidade de núcleos pesados, o que pode simplificar futuros experimentos em colisores como o Grande Colisor de Hádrons (LHC), no CERN.

O que vem agora

Os pesquisadores planejam explorar colisões com elementos ainda mais leves para encontrar o limite absoluto. O próximo passo é testar se hélio ou lítio, por exemplo, também conseguem gerar QGP, o que aprofundaria o entendimento das condições fundamentais da matéria. A equipe de You Zhou pretende analisar dados de colisões de oxigênio em colisores para verificar a consistência dos resultados.

Fontes

• WIRED: Scientists Create the Littlest Big Bang to Study the Universe's Origins (https://www.wired.com/story/scientists-create-littlest-big-bang-to-study-universe-origins/)