Físicos colidiram núcleos de ouro em altíssima velocidade e detectaram um padrão inesperado nas partículas liberadas pelo impacto. O achado traz pistas sobre como a matéria primordial gerada logo após o Big Bang esfriou até formar os prótons e nêutrons que constituem a matéria do universo hoje.
A anomalia pode indicar o chamado “ponto crítico” da matéria nuclear, uma condição em que a transformação de um estado da matéria para outro muda de comportamento, demonstra estudo. Os dados foram registrados pelo detector STAR, instalado no acelerador RHIC, do Laboratório Nacional Brookhaven, em Nova York.
Colisões de ouro e o ponto crítico
Para recriar condições semelhantes às do universo jovem, pesquisadores do Laboratório Nacional Brookhaven fizeram núcleos de ouro colidirem em diferentes níveis de energia. A equipe analisou cerca de 1 bilhão de colisões entre 3 e 7,7 GeV, faixa de menor energia do RHIC.
Nas colisões de menor energia, foi usado um sistema de alvo fixo: o feixe de ouro atingiu uma fina folha do mesmo metal. Essa configuração permite produzir a matéria mais densa alcançada pelo acelerador.
Depois de cada impacto, os cientistas observaram com que intensidade as partículas carregadas eram lançadas para os lados. Essa medida é conhecida pelos físicos como momento transversal. Eles também compararam o movimento das partículas para verificar se elas tendiam a ser lançadas com mais ou menos força juntas.
A expectativa era encontrar uma mudança gradual conforme a energia das colisões variasse. O resultado foi diferente: o efeito diminuiu, chegou a um ponto mais baixo e depois voltou a crescer.
Essa diferença foi grande o suficiente para ser considerada estatisticamente muito significativa. O resultado atingiu 5 sigma, nível usado pelos físicos para indicar que dificilmente se trata de uma coincidência. Pelos cálculos, se a mudança observada fosse apenas fruto do acaso, algo tão fora do padrão aconteceria aproximadamente uma vez em 3,5 milhões de tentativas.
O que o resultado revela sobre a matéria
A observação ajuda os cientistas a entender uma espécie de “manual” da matéria em condições extremas, chamado equação de estado. Ele descreve como características como temperatura, pressão e densidade se relacionam.
Prótons e nêutrons são formados por partículas ainda menores, os quarks. Eles permanecem unidos graças à força forte, uma das forças fundamentais da natureza. Quando submetidos a temperaturas ou densidades extremas, prótons e nêutrons podem dar lugar a um plasma de quarks e glúons, uma espécie de sopa de partículas que teria preenchido o universo nos primeiros instantes após o Big Bang.
“Para a água, ela indica quando congela, ferve ou se expande”, explicou Rutik Manikandhan, pós-doutorando em física na Universidade Estadual de Ohio. Segundo o pesquisador, para a matéria nuclear, a equação de estado funciona como um conjunto de regras para entender seu comportamento sob as condições mais extremas da natureza.
É nesse cenário que entra o chamado ponto crítico. Trata-se de uma condição especial em que a maneira como a matéria muda de um estado para outro pode se alterar. Encontrar essa região ajudaria os físicos a entender melhor como o plasma de quarks e glúons do universo primordial se transformou na matéria que conhecemos.
- Quarks e glúons: partículas que aparecem livres quando a matéria é submetida a condições extremas;
- Força forte: uma das forças fundamentais da natureza, responsável por manter os quarks unidos dentro de prótons e nêutrons;
- Calor específico: quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura de uma determinada quantidade de matéria;
- Simulações: cálculos feitos em supercomputadores para comparar os resultados do experimento com modelos teóricos.
Indício forte, mas ainda sem confirmação
O sinal chamou atenção também porque uma simulação amplamente usada, que não considera a existência de um ponto crítico, reproduziu a tendência geral dos dados, mas não a queda observada. Em colisões fora do centro, porém, o mesmo efeito apareceu apenas de maneira fraca.
Os pesquisadores mantêm a cautela. Outros fenômenos podem alterar as variações observadas nas partículas, e ainda é preciso determinar quanto eles explicariam do comportamento registrado.
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“Esse resultado é sugestivo, não uma prova de um ponto crítico”, afirmou Manikandhan.
A equipe pretende agora calcular o calor específico da matéria quente produzida nas colisões e comparar o resultado com simulações que descrevem o comportamento de quarks e glúons. Também serão analisadas outras medições, como as variações no número de prótons produzidos.
“Somente quando diferentes medições concordarem poderemos afirmar com confiança se existe um ponto crítico”, concluiu o pesquisador.
Se a hipótese for confirmada, o resultado poderá ajudar a esclarecer uma etapa importante da evolução do universo: a passagem do plasma de quarks e glúons para a matéria formada por prótons e nêutrons.
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