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Experimentos conduzidos no Grande Colisor de Hádrons (LHC), o mais potente acelerador de partículas do mundo, identificaram o que pode ter acontecido no primeiro milissegundo após o Big Bang.
O LHC observou um rastro discreto de um quark atravessando um meio extremamente quente e denso – o plasma de quarks e glúons. O resultado reforça a ideia de que a matéria que dominava o universo depois do Big Bang se comportava de forma semelhante a um fluido.
A pesquisa, publicada na revista Physics Letters B, apresenta a primeira evidência clara de uma leve redução na produção de partículas atrás de um quark de alta energia enquanto ele cruza esse plasma primordial – uma espécie de “sopa” que teria preenchido o cosmos microssegundos depois do surgimento do universo.
Recriando o universo após o Big Bang
O plasma de quarks e glúons é produzido em laboratório quando núcleos atômicos pesados colidem a velocidades próximas à da luz dentro do LHC. Nessas condições extremas, temperatura e densidade atingem níveis tão elevados que a estrutura convencional da matéria deixa de existir. Prótons e nêutrons “derretem”, liberando quarks e glúons, que passam a se mover livremente em um estado que lembra um líquido ultradenso (a tal ‘sopa’).
Essa gota de matéria primordial é minúscula – milhares de vezes menor que um átomo – e existe por um intervalo de tempo extremamente curto. Ainda assim, dentro dela, partículas fundamentais interagem coletivamente, oferecendo aos cientistas uma rara oportunidade de estudar as propriedades da matéria em condições semelhantes às do universo primitivo.
Um dos objetivos dos físicos é entender como partículas altamente energéticas se comportam ao atravessar esse meio. A teoria prevê que, ao cruzar o plasma, um quark deveria deixar uma espécie de rastro. No entanto, detectar esse rastro é um desafio, já que o fenômeno é extremamente sutil e ocorre em uma escala microscópica.
O papel do bóson Z
Para tornar a medição possível, os pesquisadores utilizaram um recurso estratégico: eventos em que um quark de alta energia é produzido simultaneamente a um bóson Z, partícula associada à força nuclear fraca. Nessas colisões, o quark e o bóson Z se movem em direções opostas.
Enquanto o quark interage com o plasma, o bóson Z praticamente não sofre influência do meio e escapa sem distorções. Isso permite que os cientistas utilizem o bóson como referência para determinar com precisão a direção e a energia originais do quark.
A equipe analisou correlações entre os bósons Z e hádrons (partículas formadas por quarks) gerados após a colisão. Ao observar a quantidade de hádrons na direção oposta ao movimento do quark, os pesquisadores buscaram sinais da suposta região empobrecida.
O resultado observado foi pequeno: uma variação inferior a 1% na densidade de partículas na região atrás do quark. Apesar da magnitude modesta, o sinal é consistente com a previsão teórica de que o quark transfere energia e momento ao plasma, deixando um rastro mensurável.
Segundo os cientistas ao site Live Science, essa é a primeira vez que o efeito foi identificado de forma clara em eventos marcados pela presença de um bóson Z, o que fornece pistas sobre propriedades fundamentais do plasma.
Implicações para a cosmologia
O plasma de quarks e glúons é considerado o estado dominante do universo nos instantes que seguiram o Big Bang, antes da matéria se resfriar e formar prótons, nêutrons e, mais tarde, átomos. Essa fase inicial não pode ser observada diretamente por telescópios, já que o universo era opaco naquele período.
Experimentos com colisões de íons pesados oferecem, portanto, uma janela indireta para essa era primordial. Para os pesquisadores, a identificação da pequena “queda” no plasma representa apenas o começo de uma nova linha de investigação.
Com a coleta de mais dados no LHC, a expectativa é aprofundar a análise e obter medidas mais precisas, ampliando o entendimento sobre como a matéria se comportava nos primeiros momentos da história do cosmos.
