Uma equipe internacional de cientistas publicou um novo relatório que se move para uma melhor compreensão do comportamento de algumas das partículas mais pesadas do universo em condições extremas, que são semelhantes às logo após o Big Bang. O artigo, publicado na revista Relatórios de físicaé assinado pelos físicos Juan M. Torres-Rincón, do Instituto de Ciências do Cosmos da Universidade de Barcelona (ICCUB), Santosh K. Das, do Instituto Indiano de Tecnologia Goa (Índia) e Ralf Rapp, da Texas A&M University (Estados Unidos).
Os autores publicaram uma revisão abrangente que explora como as partículas contendo quarks pesados (conhecidos como charme e hadrons de fundo) interagem em um ambiente quente e denso chamado matéria hadrônica. Esse ambiente é criado na última fase de colisões de alta energia dos núcleos atômicos, como os que ocorrem no Large Hadron Collider (LHC) e no colisor de íons pesados relativísticos (RHIC). O novo estudo destaca a importância de incluir interações hadrônicas em simulações para interpretar com precisão dados de experimentos nessas grandes infraestruturas científicas.
O estudo amplia a perspectiva de como a matéria se comporta em condições extremas e ajuda a resolver algumas grandes incógnitas sobre a origem do universo.
Reproduzindo o universo primordial
Quando dois núcleos atômicos colidem em velocidades próximas à luz, eles geram temperaturas mais de 1.000 vezes maiores que as do centro do sol. Essas colisões produzem brevemente um estado de matéria chamado plasma de quark-gluon (QGP), uma sopa de partículas fundamentais que existiam microssegundos após o Big Bang. À medida que esse plasma esfria, ele se transforma em matéria hadrônica, uma fase composta por partículas como prótons e nêutrons, bem como outros bariários e mesons.
O estudo se concentra no que acontece com os hadrons de sabor pesado (partículas contendo quarks encantados ou de fundo, como D e B mesons) durante essa transição e a expansão da fase hadrônica que a segue.
Partículas pesadas como sondas
Quarks pesados são como pequenos sensores. Sendo tão massivos, eles são produzidos logo após a colisão nuclear inicial e se movem mais lentamente, interagindo de maneira diferente com a matéria circundante. Saber como eles se dispersam e se espalham é essencial para aprender sobre as propriedades do meio através das quais viajam.
Os pesquisadores revisaram uma ampla gama de modelos teóricos e dados experimentais para entender como os hadrons pesados, como os mesons D e B, interagem com partículas de luz na fase hadrônica. Eles também examinaram como essas interações afetam quantidades observáveis, como fluxo de partículas e perda de momento.
“Para realmente entender o que vemos nos experimentos, é crucial observar como as partículas pesadas se movem e interagem também durante os estágios posteriores dessas colisões nucleares”, diz Juan M. Torres-Rincón, membro do Departamento de Física Quântica e Astrofísica e iccub.
“Esta fase, quando o sistema já se refrescou, ainda desempenha um papel importante na maneira como as partículas perdem energia e fluem juntos. Também é necessário abordar as propriedades microscópicas e de transporte desses sistemas pesados diretamente no ponto de transição para o plasma de quark-gluon”, continua ele. “Esta é a única maneira de alcançar o grau de precisão exigido por experimentos e simulações atuais”.
Uma analogia simples pode ser usada para entender melhor esses resultados: quando soltamos uma bola pesada em uma piscina lotada, mesmo depois que as maiores ondas se dissiparam, a bola continua a se mover e colidir com as pessoas. Da mesma forma, partículas pesadas criadas em colisões nucleares continuam a interagir com outras partículas ao seu redor, mesmo após a fase mais quente e caótica. Essas interações contínuas modificam sutilmente o movimento das partículas e o estudo dessas mudanças ajuda os cientistas a entender melhor as condições do universo inicial. Ignorar essa fase significaria, portanto, perder uma parte importante da história.
Olhando para o futuro
Compreender como as partículas pesadas se comportam em matéria quente é fundamental para mapear as propriedades do universo inicial e as forças fundamentais que a governam. As descobertas também abrem caminho para futuros experimentos em energias mais baixas, como as planejadas no Super Proton Super Syncrotron do CERN (SPS) e a futura instalação justa em Darmstadt, Alemanha.
