Quatro colaborações de investigação do Grande Colisor de Hádrons do CERN relataram indícios de que o plasma de quarks e glúons pode formar-se quando colidem núcleos atómicos relativamente leves. Os resultados, das colaborações ALICE, ATLAS, CMS e LHCb, incluem dados de colisões entre oxigénio e oxigénio e entre néon e néon, além de comparações que envolvem protões e núcleos de oxigénio.
O plasma de quarks e glúons é um estado da matéria extremamente quente e denso, no qual os protões e os neutrões se decompõem em quarks e nos gluões que os mantêm unidos. Os físicos acreditam que ele preencheu o Universo durante os primeiros milionésimos de segundo após o Big Bang. Até há pouco tempo, os investigadores esperavam, em geral, que a sua criação exigisse colisões entre núcleos muito pesados, como os de chumbo.
Os novos resultados dão continuidade a indícios anteriores de comportamento semelhante ao do plasma em colisões de protões e nas primeiras colisões de oxigénio no LHC. Nos estudos mais recentes, os cientistas procuraram vários efeitos que podem ocorrer quando partículas energéticas atravessam o material denso e perdem energia.
A ATLAS detetou diferenças na energia de pares de jatos de partículas produzidos em colisões de oxigénio e néon. O efeito foi mais acentuado nas colisões mais centrais, de frente, que se espera que criem um volume maior de plasma. Resultados preliminares da ATLAS, obtidos com partículas que recuam na direção oposta à de fotões, mostraram uma relação semelhante.
A CMS concluiu que a produção de partículas carregadas foi menor em colisões entre oxigénio e oxigénio e entre néon e néon do que em colisões entre protões. A LHCb observou uma supressão mais acentuada de partículas que contêm quarks charm em colisões de néon do que em colisões de oxigénio, em consonância com uma maior perda de energia num sistema de colisão maior. A comparação da ALICE entre píones neutros em colisões entre oxigénio e oxigénio e entre protões e oxigénio forneceu indícios de perda de energia dos pártons nas colisões entre oxigénio e oxigénio.
As colaborações também relataram outras possíveis assinaturas. A CMS encontrou diferentes níveis de supressão entre os mésons upsilon — partículas constituídas por um quark bottom e o seu antiquark — em colisões de oxigénio e néon. A LHCb relatou indícios preliminares de comportamento semelhante nos dados de colisões entre protões e oxigénio e entre oxigénio e oxigénio.
Em resultados preliminares de colisões de oxigénio, a ALICE também observou que os bárions, que contêm três quarks, apresentavam uma preferência direcional mais acentuada do que os mésons, que contêm dois. Este padrão, conhecido como fluxo anisotrópico, pode refletir o movimento coletivo herdado dos quarks no plasma.
Em conjunto, as observações reforçam a hipótese de que condições associadas ao plasma de quarks e glúons podem surgir em colisões que envolvem núcleos mais leves, embora as assinaturas relatadas não comprovem, por si só, a existência do plasma. O CERN está a modernizar o LHC para o transformar no LHC de Alta Luminosidade, que deverá fornecer substancialmente mais dados de colisões para estudos futuros.
Fontes: ScienceDaily.