Pesquisadores avançaram na compreensão de como algumas das partículas mais pesadas do Universo se comportam em condições extremas semelhantes às que existiam logo após a Grande Explosão.
O trabalho, publicado na revista Relatórios de Física, traz novas pistas sobre as forças fundamentais que moldaram o Universo e seguem orientando a sua evolução.
A investigação foi realizada por uma equipa internacional com cientistas da Universidade de Barcelona, do Instituto Indiano de Tecnologia e da Universidade Texas A&M. O foco recai sobre partículas que contêm quarks pesados, que são componentes essenciais de alguns dos objetos subatómicos mais massivos conhecidos.
Essas partículas - chamadas de hádrons de charme e de fundo - oferecem uma oportunidade rara para estudar a matéria em cenários que, de forma natural, são praticamente impossíveis de reproduzir na Terra.
Colisões em aceleradores e o plasma de quarks e glúons
Para investigar esse tipo de ambiente extremo, os cientistas provocam colisões entre núcleos atómicos a velocidades próximas à da luz, usando aceleradores gigantescos como o Grande Colisor de Hádrons (LHC) e o Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC).
Esses impactos geram temperaturas mais de 1.000 vezes superiores à do centro do Sol e, por um breve instante, produzem um estado da matéria conhecido como plasma de quarks e glúons - uma espécie de “caldo” de partículas fundamentais que existiu poucos microssegundos após a Grande Explosão.
À medida que esse plasma extremamente quente arrefece, ele dá lugar à matéria hadrônica, uma fase composta por partículas familiares como protões e neutrões, além de outras partículas exóticas, como bárions e mésons. Compreender essa passagem ajuda a reconstruir como, no Universo primordial, a matéria saiu de um estado caótico de partículas fundamentais e chegou às estruturas organizadas que observamos hoje.
Por que os quarks pesados funcionam como sensores
Em tais condições, os quarks pesados funcionam como sensores microscópicos. Por terem massa muito maior do que a das partículas leves, deslocam-se mais devagar e interagem de outro modo com o meio ao redor. Por isso, tornam-se excelentes sondas para examinar as propriedades da matéria quente e densa pela qual atravessam.
Uma analogia útil é imaginar uma bola pesada a cair numa piscina cheia. Mesmo depois de o primeiro impacto e as maiores ondas perderem força, a bola continua a esbarrar nas pessoas e a avançar pela água. De modo semelhante, as partículas pesadas criadas nas colisões nucleares continuam a interagir com outras partículas à sua volta, mesmo quando a fase mais quente e turbulenta já ficou para trás.
Hádrons de charme e de fundo: a importância da fase hadrônica
Até aqui, muitos estudos concentravam-se sobretudo na etapa inicial, quando o plasma de quarks e glúons é mais intenso. Contudo, este novo trabalho mostra que a etapa seguinte - a fase de arrefecimento em que o sistema se converte em matéria hadrônica - é decisiva para determinar como as partículas se comportam e o que, de facto, se torna observável nos experimentos.
Os autores analisaram como hádrons pesados, em especial os mésons D e B (partículas que contêm quarks de charme e de fundo), interagem com partículas mais leves durante esse período de transição.
Essas interações alteram grandezas mensuráveis, como padrões de escoamento coletivo das partículas e perda de energia, gerando dados valiosos sobre propriedades fundamentais da matéria em condições extremas.
"Esta fase, quando o sistema já arrefeceu, ainda desempenha um papel importante na forma como as partículas perdem energia e escoam em conjunto. Ignorar esta fase significaria perder uma peça crucial do puzzle." Juan M. Torres-Rincón, da Universidade de Barcelona.
Compreender o comportamento de partículas pesadas em matéria quente é essencial para mapear as características do Universo primordial e das forças fundamentais que o regem. Os resultados também estabelecem uma base para futuros experimentos em energias mais baixas, incluindo estudos planeados no Super Síncrotron de Prótons do CERN e na futura instalação FAIR, na Alemanha.
Este avanço contribui para responder a questões essenciais sobre como o nosso Universo evoluiu desde os seus primeiros instantes até ao cosmos complexo que observamos hoje.
Ao examinar a matéria sob as condições mais extremas possíveis, os cientistas continuam a revelar segredos sobre as nossas origens e sobre as forças que moldam a própria realidade.
Este artigo foi publicado originalmente pelo Universo Hoje. Leia o artigo original.
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