Big Bang — Foto: Imagem ilustrativa/Pexels
Uma equipe internacional de cientistas,liderada por pesquisadores do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague,alcançou um marco na física experimental: recriar em laboratório o estado da matéria que predominou no cosmos durante seu primeiro milionésimo de segundo. A descoberta,realizada no Grande Colisor de Hádrons (LHC) da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN),na Suíça,demonstra que é possível gerar um “mini Big Bang” usando núcleos atômicos significativamente mais leves do que se pensava ser possível.
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Tradicionalmente,a física de partículas sustentava que,para fundir matéria nuclear em um estado de plasma de quarks e glúons — isto é,a sopa primordial ultr quente e densa que precedeu a formação de prótons e nêutrons — era imprescindível usar núcleos pesados,como o chumbo. No entanto,o experimento,conduzido como parte da colaboração internacional ALICE e publicado recentemente na revista Physical Review Letters,desafiou essa ortodoxia ao usar isótopos de oxigênio-16 e neônio-20. Os resultados confirmaram que essas colisões,a velocidades próximas à da luz,produzem a mesma substância primordial que os sistemas mais pesados.
“Ultrapassamos os limites do tamanho mínimo que os núcleos atômicos podem ter,recriando essa matéria primordial,o que poderíamos chamar de um mini Big Bang”,disse o professor associado You Zhou,que liderou a equipe de pesquisa na Universidade de Copenhague. Segundo o cientista,essa descoberta permite uma compreensão mais precisa das condições fundamentais necessárias para que a matéria transite para esse estado extremo,oferecendo pistas sobre a evolução inicial do Universo.
A importância da descoberta vai além da mera recriação do plasma,visto que,devido à sua existência extremamente breve,o plasma de quarks e glúons não pôde ser observado diretamente. Portanto,os físicos mediram o rastro das partículas resultantes após o resfriamento. Foi nesse ponto que descobriram um efeito inesperado: o padrão do movimento das partículas age como uma sombra que revela a forma geométrica do núcleo original. Enquanto o oxigênio-16,por ser esférico,gera um padrão arredondado,o neônio-20 produz uma impressão alongada,semelhante à silhueta de um pino de boliche.
“É um pouco como iluminar um objeto e ver sua sombra. Você não consegue ver o objeto diretamente,mas sua sombra revela sua forma. Da mesma forma,o movimento das partículas revela a geometria dos núcleos que estavam presentes no início da colisão”,explicou Emil Gorm Dahlbæk Nielsen,pesquisador de pós-doutorado e coautor do estudo. Essa capacidade de usar o plasma como uma lente para observar a estrutura nuclear representa,segundo os autores,uma potencial mudança de paradigma na área,pois conecta a física de ultra-altas energias com os estudos tradicionais da estrutura nuclear,que são fundamentais desde a época de Aage Bohr.
A pesquisa,apoiada pelo projeto InitialConditions do ERC,sugere que a relação entre núcleos leves e o nascimento do cosmos é mais próxima do que se pensava anteriormente. Ao comparar colisões entre diferentes sistemas leves,os pesquisadores conseguiram reduzir a influência de outros fatores e isolar os efeitos da estrutura nuclear inicial. Esse método abre caminho para a investigação de núcleos cuja arquitetura ainda é um enigma e fornece uma ferramenta poderosa para o avanço da cromodinâmica quântica.
O próximo passo no roteiro da colaboração ALICE será repetir esses experimentos com núcleos ainda mais leves,como o hélio-4,a fim de determinar o limite exato em que o plasma de quarks e glúons deixa de se formar. Com essa nova metodologia,a ciência se aproxima da compreensão das leis que governaram o caos inicial do Universo.
