Físicos Recriam ‘Mini Big Bang’ no LHC Para Estudar Origem do Universo

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Nesta terça-feira (25/08), o portal Inovação Tecnológica informou que físicos do Grande Colisor de Hádrons (LHC) estão recriando, em escala microscópica, condições semelhantes às dos primeiros instantes do Universo. O experimento, descrito como um “mini Big Bang”, busca investigar a origem da matéria e compreender melhor a formação dos primeiros átomos.

[Imagem: M. Murakami]

Faça-se a luz! Mas como foi feita a matéria? Experimentos como este ajudam a responder.

Sopa Primordial do Universo

Pois então, de acordo com a materia do portal, as teorias atuais postulam que o Universo era líquido logo depois do Big Bang, e esse líquido é conhecido como plasma de quarks e glúons, a sopa primordial que dominou tudo antes do advento dos átomos e das moléculas.

Agora, físicos conseguiram recriar uma miniatura desse ambiente hiperquente colidindo núcleos de átomos muito menores do que se julgava ser necessário. Esses "big bangs microscópicos" - ou seriam microbangs? - melhoram a compreensão das questões mais fundamentais da  física nuclear, além de eventualmente fornecer novas informações sobre os primeiros momentos do Universo.

O LHC, o Grande Colisor de Hádrons, já criou várias versões do plasma de quarks e glúons colidindo átomos muito pesados, como os de chumbo. Mas agora uma equipe de vários países conseguiu criar a matéria primordial fazendo colidir núcleos muito menores, de oxigênio-16 e neônio-20, que têm massas atômicas mais de 10 vezes menores do que as chumbo, que fica em média em 207.

"Ultrapassamos o limite do quão pequenos os núcleos atômicos podem ser, recriando ainda assim essa matéria primordial - o que poderíamos chamar de Pequeno Big Bang. Agora sabemos mais sobre as condições fundamentais necessárias para que a matéria faça a transição para esse estado extremo," disse o professor You Zhou, da Universidade de Copenhague, na Dinamarca.

[Imagem: ALICE@CERN]

Evento de colisão entre neônio-20 e oxigênio-16.

Descobrindo o Formato do Núcleo Atômico

Quando os núcleos atômicos colidem, seus constituintes se transformam em uma minúscula gota de plasma de quarks e glúons, que existe por uma fração ínfima de segundo, expandindo-se quase imediatamente. Não dá para observar o plasma diretamente, mas é possível medir as partículas em que a matéria se transforma logo em seguida.

O padrão de movimento das partículas revela a forma dos núcleos atômicos que se chocaram.

"As partículas da matéria primordial são diretamente regidas pela forma geométrica do núcleo atômico. Se os dois núcleos que colidimos forem esféricos, obtemos um padrão. Se tiverem a forma de pinos de boliche, obtemos outro. Ao estudar como as partículas se movem após a colisão, podemos obter informações sobre os núcleos atômicos que, de outra forma, seriam difíceis de serem obtidas pelos físicos," explicou Emil Nielsen, membro da equipe.

A forma do núcleo atômico não é meramente uma questão de geometria: Ela revela como os prótons e os nêutrons estão organizados, fornecendo informações importantes sobre a força forte, uma das quatro forças fundamentais da natureza, ainda não totalmente compreendida.

[Imagem: Javier Orjuela Koop]

Estas são versões de laboratório da sopa primordial que emergiu logo após o Big Bang.

E agora?

A novidade agora é que, usando átomos mais leves, foi possível estudar a força forte e a estruturação do núcleo com os níveis mais altos de  energia já usados. As colisões de oxigênio revelaram um núcleo atômico com formato tendendo ao esférico, enquanto os átomos de neônio apresentaram um padrão mais parecido com o pino de boliche citado pelo pesquisador.

Saindo dos átomos e olhando para o outro extremo, a criação do Universo, os físicos ainda não sabem o limite exato além do qual o plasma de quarks e glúons não mais se forma. Este experimento identificou um novo patamar. O próximo passo, portanto, será realizar experimentos com núcleos ainda mais leves, como o hélio-4.

"O que é fascinante é que podemos usar o mesmo experimento tanto para aprender sobre a estrutura dos núcleos atômicos quanto para obter uma melhor compreensão do que aconteceu durante o nascimento do Universo. Essas duas coisas acabam sendo muito mais interligadas do que se poderia imaginar inicialmente," conclui Zhou.

Saiba mais:

Artigo: Evidence of Nuclear Geometry-Driven Anisotropic Flow in O+O and Ne+Ne Collisions at ??NN=5.36??TeV

Autores: I. J. Abualrob, S. Acharya, G. Aglieri Rinella, L. Aglietta, N. Agrawal, Z. Ahammed, S. Ahmad, I. Ahuja, Z. Akbar, ALICE Collaboration

Revista: Physical Review Letters

Vol.: 137, 082301

DOI: 10.1103/gymp-vp87

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