Como seria a matéria no início do Universo? CERN relata novas descobertas!

A natureza é uma fantástica caixa de surpresas. Mas aqui nas coisas do muito muito pequeno teremos que abrir caixas dentro de caixas para vermos como se comportava a matéria nos primeiros momentos a seguir ao Big Bang!

Aqui as coisas funcionam doutra maneira, e um bom texto como este comunicado do CERN vale mil imagens. Este post é dedicado às pessoas de Letras, e aos poetas e escritores, já que em Mecânica Quântica o texto é muito significativamente considerado notação científica!
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As experiências do LHC avançam a nossa compreensão do estado da matéria no universo primitivo.

Genebra e Chicago, 9 de Fevereiro de 2017. Nesta semana, as colaborações das experiências no LHC apresentaram os seus últimos resultados na conferência Quark Matter 2017 dedicada ao comportamento da matéria nos primeiros momentos do universo.

Todos os anos, uma série especial de colisões de iões pesados no Large Hadron Collider do CERN fornece colisões com núcleos de chumbo, recriando condições semelhantes às que se seguiram ao Big Bang.

O que são iões? São ensembles de partículas com carga eléctrica, neste caso com carga positiva (+) dado que os núcleos são constituídos por protões (+1, carga de referência do protão) e por neutrões, que, como o nome indica, têm carga neutra (0). Logo, 1+0=1, ou +1.

Essas colisões geram temperaturas mais de 100.000 vezes elevadas do que as do núcleo do Sol e permitem que os cientistas estudem um estado de matéria designado por QGP, ou “Quark-Gluon Plasma.”

Nas condições extremas criadas, os protões e os neutrões que formam os iões de chumbo “derretem , libertando os quarks da sua energia de ligação confinada por partículas virtuais que parecem elásticos, e que colam estes quarks constituintes dos protões e dos neutrões, e que por isso mesmo se chamam gluões, estudando desta forma o QGP, e como este se expande e arrefece.

Ora isto é relevante porque pode ajudar a explicar como esta sopa primordial do QGP deu progressivamente origem às partículas que compõem o nosso universo actual.

E é essencial para compreender a teoria das interacções fortes conhecida como “Cromodinâmica Quântica” (QCD), que é a força fundamental que descreve as interacções entre quarks e gluões.

Arte conceptual e Ciência, a Sopa Primordial do Início do Universo, um caldo denso e muito quente chamado QGP, num trabalho realizado no RHIC – Lab Relativistic Heavy Ion Collider no BNL – Brookhaven National Laboratory nos EUA.

Resumindo, para nos orientarmos neste fascinante mundo do muito muito pequeno:

-Núcleos de chumbo são pesados e têm carga positiva.
-Estes núcleos são constituídos por neutrões e por protões.
-Estes protões e neutrões são constituídos por quarks.
-Os quarks sob condições normais estão sempre ligados por elásticos, que são também partículas, apesar de serem efémeras e por isso “virtuais,” e se chamam gluões.
-Quando uma colisão entre quarks tem energia cinética inferior à energia de ligação dos gluões faz a força forte aumentar e os elásticos não se partem, continuando a ligar os quarks.
-Essas colisões em que as partículas se conservam na mesma e em que a energia total se conserva são colisões elásticas. (colisão de dispersão elástica).

Mas,
-As colisões aqui interessantes partem os elásticos, não conservam a energia cinética inicial das partículas que colidem, sendo que o total da energia se conserva por outros processos.(colisão de dispersão inelástica).
-Notem e anotem também com cuidado que há quarks mais leves (com menos massa) e quarks mais pesados.

São estes processos que estudamos na sopa primordial do universo!

“A matéria composta por Quarks demonstra a riqueza dos resultados da Física num tópico que é inerentemente muito complexo, o da Física de iões pesados”, explicou o director de Pesquisa e Computação do CERN Eckhard Elsen.

“Com o LHC a funcionar tão bem e em tantas e diferentes constelações de feixes, temos as ferramentas experimentais disponíveis para lançarmos luz sobre o estado da matéria que dominou os primeiros instantes do início do nosso universo.”

As colisões de iões pesados individuais geram apenas uma pequena gota de quark-gluão plasma. A multidão de feixes deixados pelas colisões de partículas permite que os cientistas observem o comportamento das partículas nesse meio. Um meio é a matéria envolvente, como por exemplo a água no mar ou o ar na “atomos-esfera.”

Como exemplo, entre os novos resultados apresentados, a colaboração da ALICE mostrou que os quarks pesados “sentem” directamente a forma e o tamanho da gota de quark-gluon-plasma gerada na região da colisão. Isso significa que mesmo os quarks mais pesados se movimentam com o plasma, que é formado principalmente por quarks leves e por gluões, todos livres de ligações entre si. A ALICE também apresentou novos resultados sobre a distribuição de espécies de partículas – a exemplo dos Piões e dos kaões, entre um zoológico doutras partículas – em colisões de núcleos de chumbo que ajudam a medir a pressão e a densidade do plasma quark-gluon.

As partículas são também utilizadas como sondas directas para medir as características do plasma. Isto é feito por diferentes meios, tais como as medidas de precisão da perda de energia de partículas que viajam através do plasma – um fenómeno conhecido como jet quenching.

Este arrefecimento dos jactos produzidos pelas colisões relativistas de iões pesados produz novas partículas que emergem nestes eventos, e o conjunto de quarks e de gluões do plasma designa-se colectivamente por partões, e é ainda o seu muito marcado arrefecimento que gera tantos dados interessantes tanto sobre as partículas como sobre este meio de sopa condensada e, como vimos, aquecido a temperaturas deveras elevadas.

As experiências dos detectores ALICE, ATLAS e CMS apresentaram novos resultados nesta área numa nova energia de colisão de chumbo por par de nucleões de 5 TeV. Estes foram comparados com medidas anteriores na energia de colisão de 2,76 TeV.

Registaram-se progressos significativos na extinção de jactos com muitos novos resultados reportados na conferência Quark Matter 2017.

Todas as experiências do LHC coligem agora grandes amostras de colisões de núcleos de chumbo e de núcleos de chumbo contra protões.

Evento de colisão de Protões contra iões de chumbo (p-Pb), um indicador valioso nas sequentes colisões de mais alta energia de iões chumbo contra iões chumbo (Pb-Pb). Os jactos de quarks libertos são visíveis a amarelo, e a sua carga eléctrica (+2/3 ou -1/3) faz descrever lindíssimas espirais suaves, dada a presença de magnetes no detector.
Crédito: CMS

As colaborações ATLAS e CMS apresentaram as principais características do comportamento colectivo das partículas em colisões de alta multiplicidade, que são fundamentais para se entender melhor os mecanismos microscópicos em liça no quark-gluon plasma, bem como os novos métodos de medição dos efeitos colectivos em sistemas pequenos.

A colaboração LHCb também apresentou o seu primeiro resultado público de colisões de alvo fixo com o elemento químico Argón (18Ar) – um programa completamente novo no LHC que também permite uma densidade de energia muito alta onde, novamente, as partículas contendo quarks pesados requintadamente reconstruídos no seu detector, desempenham um papel importante .

Vejam por esta ligação web uma Imagem Panorama de 360 ° da experiência ALICE:
© 2016-2017 CERN
https://cds.cern.ch/record/2221108?ln=en

 Sobre o CERN

O CERN, a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, é o principal laboratório mundial de física de partículas. A sua sede é em Genebra. Os seus Estados-Membros são: Áustria, Bélgica, Bulgária, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Grécia, Hungria, Israel, Itália, Países Baixos, Noruega, Polónia, Portugal, Roménia, Eslováquia, Suécia, Suíça e Reino Unido. Chipre e Sérvia são Estados-Membros Associados na fase pré-estádio de adesão. A Índia, o Paquistão, a Turquia e a Ucrânia são Estados-Membros associados. A União Europeia, o Japão, o JINR, a Federação Russa, a UNESCO e os Estados Unidos da América têm actualmente o estatuto de observador.

www.cern.ch

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