Pesquisadores do Instituto Niels Bohr e da colaboração ALICE conseguiram replicar um tipo de matéria que existiu nos estágios iniciais do Universo. Para alcançar isso, eles fizeram colidir núcleos de oxigênio-16 e néon-20 em velocidades próximas à da luz.
Este procedimento gerou um plasma de quarks e glúons, classificado como a forma mais primitiva de matéria do cosmos. O estudo também demonstrou que núcleos significativamente menores que o chumbo são capazes de produzir este estado extremo.
A colisão ocorre no CERN, localizado na Suíça. Quando esses núcleos se encontram em velocidades muito próximas à da luz, seus constituintes formam uma minúscula gota deste plasma de quarks e glúons. Essa gota persiste por uma fração de segundo antes de se expandir.
Este estado de matéria teria sido predominante no Universo durante seu primeiro milionésimo de segundo. Naquela época, a temperatura era tão elevada que prótons e nêutrons ainda não haviam se formado; quarks e glúons estavam livres.
Ampliação do Cenário Experimental
Anteriormente, experimentos desta natureza estavam majoritariamente ligados a colisões que envolviam núcleos muito pesados, como os de chumbo. O novo trabalho expande essa perspectiva ao demonstrar que é possível reproduzir essa matéria primordial — o que pode ser chamado de um Pequeno Big Bang — utilizando núcleos atômicos de menor porte.
You Zhou, professor associado responsável pela liderança do experimento, comentou que esta descoberta auxilia na definição das condições necessárias para que a matéria atinja tal estado.
Como o plasma se desintegra muito rapidamente para observação direta, os cientistas analisam o que resta após o impacto. As partículas liberadas pelo choque trazem consigo um padrão que reflete a configuração do núcleo que iniciou o processo. No caso do oxigênio, o padrão é mais arredondado, enquanto o néon adota uma forma semelhante à de um pino de boliche.
Emil Gorm Dahlbæk Nielsen, pesquisador de pós-doutorado do Instituto Niels Bohr e coautor do estudo, utilizou uma analogia para explicar o método: é comparável a iluminar um objeto e observar sua sombra. Da mesma forma, o movimento das partículas fornece informações sobre o núcleo invisível.
O estudo da geometria dos núcleos atômicos interessa à física há mais de sete décadas. Este tema também faz parte da trajetória do Instituto Niels Bohr, visto que o trabalho de Aage Bohr sobre a estrutura nuclear foi fundamental para o Prêmio Nobel de Física que ele recebeu em 1975.
Essa geometria não se restringe apenas ao formato; ela indica como prótons e nêutrons se organizam e oferece pistas sobre a força forte, uma das quatro forças fundamentais da natureza.
Nova Abordagem na Pesquisa Nuclear
A pesquisa introduz uma metodologia distinta. Em vez de focar nos núcleos apenas em baixas energias, os cientistas empregam colisões extremas para identificar as marcas deixadas pelas partículas resultantes.
O próximo teste planejado envolverá núcleos ainda menores, como o hélio-4. Os pesquisadores buscam determinar o limite máximo de redução de tamanho dos núcleos que ainda permite a produção de plasma de quarks e glúons.
Zhou ressaltou que o aspecto fascinante é a capacidade de utilizar o mesmo experimento para investigar tanto a organização dos núcleos atômicos quanto para obter um entendimento mais profundo sobre o surgimento da matéria no início do Universo.
Dessa forma, o experimento estabelece uma conexão entre duas questões centrais da física: a maneira como os núcleos se estruturam e como a matéria se originou nos primórdios do Universo.