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Cientistas recriam primeiros microssegundos da matéria após o Big Bang


VISUALIZAÇÃO DE GOTAS EM EXPANSÃO DE PLASMAS DE QUARKS E GLÚONS EM TRÊS FORMAS GEOMÉTRICAS. (FOTO: JAVIER ORJUELA KOOP)

Quando o universo primitivo ainda estava quente demais para que as partículas formassem átomos, tudo era uma sopa de glúons e quarks

Nos primeiros microssegundos após o Big Bang, quando o universo ainda estava quente demais para que as partículas se juntassem para produzir átomos, minúsculas gotículas de matérias se concentraram em um estado líquido de matéria chamado plasma de glúons e quarks.

Em uma espécie de engenharia reversa, o professor da Universidade de Colorado em Boulder Jamie Nagle e seus colegas da Universidade Vanderbilt, conseguiram recriar esse estado, graças a um enorme colisor de partículas no Laboratório Nacional Brookhaven, em Nova York.

Em uma série de testes, os pesquisadores destruíram pacotes de prótons e nêutrons em diferentes combinações em núcleos atômicos muito maiores. Eles descobriram que, controlando cuidadosamente as condições, poderiam gerar gotículas de plasma de quarks e glúons que se expandiram para formar três padrões geométricos diferentes: círculos, elipses e triângulos.


GRÁFICO MOSTRANDO COMO AS COLISÕES ATÔMICAS ENTRE OS DIFERENTES INGREDIENTES INICIAIS SE EXPANDEM COM O TEMPO PARA PRODUZIR PLASMAS EM FORMAS DISTINTAS. A COLISÃO DE TOPO FOI GERADA AO BATER UM ÚNICO PRÓTON EM UM ÁTOMO DE OURO; O MEIO DE UMA COLISÃO ENTRE UM DEUTÉRIO E UM ÁTOMO DE OURO; E O FUNDO DE UMA COLISÃO ENTRE HÉLIO-3 E UM ÁTOMO DE OURO. (FOTO: PHENIX)

As descobertas fornecem a evidência mais forte até o momento de que essas gotas minúsculas se comportam como um fluido. "Nosso resultado experimental nos aproximou muito mais da questão sobre qual é a menor quantidade de matéria inicial do universo que pode existir", disse Nagle, do Departamento de Física.

Os cientistas colidiram com núcleos ​​de átomos de ouro, gerando temperaturas de trilhões de graus Celsius. Na fervura resultante, quarks e glúons, as partículas subatômicas que compõem todos os prótons e nêutrons, libertaram-se de suas cadeias atômicas e fluíram quase livremente.

Esse estado de matéria de curta duração, que os teóricos acreditam que imita as condições vistas logo após o Big Bang, provavelmente se comporta como um "fluido perfeito", disse Paul Romatschke, professor de física da CU Boulder.

Vários anos depois, um conjunto de experimentos no Large Hadron Collider, em Genebra, na Suíça, provocou um choque nos teóricos: os pesquisadores relataram que eles pareciam ter criado um plasma de quark e glúons colidindo juntos apenas dois prótons, não dois átomos. Isso foi surpreendente porque a maioria dos cientistas supunha que os prótons solitários não podiam fornecer energia suficiente para produzir algo que pudesse se comportar de forma fluida.

Nagle, Romatschke e seus colegas criaram uma maneira de testar a ideia em 2014: se essas gotas minúsculas estavam se comportando como líquidos, então elas deveriam manter sua forma.

Como Nagle explicou: “Imagine que você tem duas gotículas que estão se expandindo em um vácuo. Se as duas gotículas estão realmente juntas, quando elas estão se expandindo, elas se encontram e se empurram umas contra as outras, e é isso que cria esse padrão.”

Em outras palavras, se você jogar duas pedras em uma lagoa juntas, as ondulações desses impactos fluirão uma para a outra, formando um padrão que se assemelha a uma elipse.

O mesmo poderia ser verdade se você quebrasse um par de prótons e nêutrons, chamado de deutério, em algo maior, segundo Nagle e Romatschke. Da mesma forma, um trio próton-próton-nêutron, também conhecido como átomo de hélio-3, pode se expandir em algo semelhante a um triângulo.

E é exatamente isso que o experimento descobriu: as colisões de deutério formaram elipses de curta duração, os átomos de hélio-3 formaram triângulos e um único próton explodiu na forma de um círculo.

Os resultados, segundo os pesquisadores, poderiam ajudar os teóricos a entender melhor como o plasma de glúons e quark original do universo esfriou por milissegundos, dando origem aos primeiros átomos existentes.

FONTE: REVISTA GALILEU

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