Pesquisadores que operam o Grande Colisor de Hádrons (LHC), o mais potente acelerador de partículas do mundo, desvendaram um aspecto crucial do universo logo após o Big Bang: o plasma de quarks e glúons que preenchia o cosmos primordial era, de fato, uma “sopa” com características surpreendentemente fluidas. Esta descoberta, obtida através da recriação de condições extremas semelhantes às que existiram nos primeiros microssegundos da existência do universo, fornece insights sem precedentes sobre a natureza da matéria fundamental. Os dados coletados a partir de colisões de íons pesados no LHC confirmam que esse estado exótico da matéria não se comportava como um gás, mas sim como um líquido quase perfeito, com baixíssima viscosidade. Tal revelação desafia algumas concepções pré-existentes e abre novas avenidas para a compreensão da força nuclear forte e da evolução cósmica inicial, marcando um avanço significativo na física de partículas.
O Grande Colisor de Hádrons: Uma Máquina do Tempo Cósmica
A Gênese do Plasma de Quarks e Glúons
O Grande Colisor de Hádrons (LHC), localizado na fronteira franco-suíça e operado pela Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), é uma maravilha da engenharia moderna e da pesquisa científica. Seu principal objetivo é replicar as condições extremas que prevaleceram nos instantes subsequentes ao Big Bang, a grande explosão que deu origem ao nosso universo. Para isso, o LHC acelera partículas — prótons ou íons pesados, como os de chumbo — a velocidades próximas à da luz, fazendo-as colidir frontalmente. Nessas colisões de altíssima energia, a temperatura e a densidade atingem níveis tão elevados que a matéria ordinária se desintegra, revelando seus componentes mais elementares. É nesse ambiente controlado que os cientistas conseguem observar o plasma de quarks e glúons (QGP), um estado da matéria que existiu por uma fração de segundo no universo primordial, antes que quarks e glúons se combinassem para formar prótons e nêutrons.
O plasma de quarks e glúons representa o estado mais fundamental da matéria que conhecemos, onde quarks, os constituintes dos prótons e nêutrons, e glúons, os portadores da força nuclear forte, se movem livremente em um “mar” de energia. No universo atual, quarks e glúons estão confinados dentro de partículas como prótons e nêutrons, um fenômeno conhecido como confinamento de cor. No entanto, no calor extremo e na densidade intensa dos primeiros microssegundos após o Big Bang, essa barreira de confinamento era quebrada, permitindo que essas partículas subatômicas existissem de forma independente. A recriação e o estudo desse estado exótico no LHC permitem aos físicos investigar diretamente as propriedades da força nuclear forte, uma das quatro forças fundamentais da natureza, em condições onde ela se manifesta de uma maneira muito diferente da observada na matéria ordinária.
A Descoberta: Uma Sopa Surpreendentemente Fluida
Implicações para a Física Fundamental
A mais recente série de experimentos no LHC revelou uma característica surpreendente do plasma de quarks e glúons: sua notável fluidez. Em vez de se comportar como um gás rarefeito, onde as partículas interagem minimamente e se movem de forma quase independente, o QGP demonstrou ter uma viscosidade extremamente baixa, comportando-se mais como um líquido quase perfeito. Essa “natureza soupy”, como é frequentemente descrita, significa que os quarks e glúons dentro do plasma interagem fortemente entre si, criando um fluxo coletivo e eficiente, similar à maneira como a água se move, mas em uma escala subatômica. Essa observação é crucial porque inicialmente se pensava que o QGP, sendo um estado de altíssima energia, se comportaria de forma mais próxima a um gás ideal, onde as interações entre as partículas seriam fracas.
A evidência para essa fluidez deriva da análise detalhada dos padrões de partículas emergentes após as colisões de íons pesados. Quando o plasma se expande e esfria, ele se desintegra em partículas mais estáveis que são registradas pelos detectores do LHC. A forma como essas partículas são distribuídas e seus ângulos de emissão revelam um comportamento de “fluxo elíptico” característico de um meio com baixa viscosidade. Este fenômeno, conhecido como anisotropia de fluxo, é um marcador direto da forte interação entre as partículas no plasma. A descoberta desafia modelos teóricos mais antigos da cromodinâmica quântica (QCD) em altas temperaturas, sugerindo que a força nuclear forte é ainda mais robusta e eficaz em altas energias do que se imaginava. Além disso, essa fluidez surpreendente encontra paralelos teóricos com conceitos da teoria das cordas e da gravidade, onde a existência de fluidos perfeitos em certas condições extremas é prevista. Tais conexões indicam a possibilidade de uma compreensão mais unificada das leis da física em seus domínios mais extremos, impulsionando a pesquisa em direção a uma teoria mais completa da matéria e do universo.
Reconstruindo os Primeiros Instantes do Cosmos
A confirmação da natureza fluida e com baixa viscosidade do plasma de quarks e glúons representa um marco significativo na busca pela compreensão dos primeiros momentos do nosso universo. Ao recriar e estudar essa “sopa primordial” no ambiente controlado do Grande Colisor de Hádrons, os cientistas estão efetivamente utilizando uma máquina do tempo para observar diretamente um estado da matéria que existiu apenas por instantes após o Big Bang. Esta pesquisa não só valida e aprimora nossos modelos cosmológicos iniciais, mas também aprofunda nosso conhecimento sobre a força nuclear forte, a interação fundamental que governa a estrutura dos núcleos atômicos e, por extensão, toda a matéria que nos rodeia.
As descobertas no LHC continuam a moldar nossa visão da física de partículas e da cosmologia. A compreensão da fluidez do QGP permite aos físicos refinar os cálculos sobre a evolução do universo primitivo, oferecendo uma imagem mais precisa de como as partículas subatômicas se aglomeraram para formar os primeiros prótons e nêutrons, e, subsequentemente, os átomos que compõem estrelas, galáxias e a vida como a conhecemos. À medida que o LHC e outros experimentos avançam, a colaboração global de cientistas continua a decifrar os segredos da matéria e da energia, expandindo as fronteiras do conhecimento humano e nos aproximando de respostas para as perguntas mais fundamentais sobre a origem e a evolução do cosmos.
Fonte: https://www.space.com
