Colisões no LHC revelam matéria dos primeiros instantes do Universo

Colisões entre núcleos de oxigênio e neon no Grande Colisor de Hádrons revelaram novos sinais de plasma de quarks e glúons. Esse estado extremo dominou o Universo nos primeiros milionésimos de segundo após o Big Bang.

Segundo o CERN, os quatro principais experimentos do LHC encontraram indícios independentes do fenômeno. Os resultados ampliam a compreensão sobre como a matéria comum surgiu de um ambiente muito quente e denso.

Matéria existiu antes de prótons e nêutrons

O plasma de quarks e glúons aparece sob pressão intensa e temperaturas acima de 100 mil vezes a do centro do Sol.

Nessas condições, partículas compostas se desfazem. Quarks e glúons deixam de permanecer confinados dentro de prótons, nêutrons e outras estruturas.

Os cientistas acreditam que o Universo apresentou esse estado durante seus primeiros milionésimos de segundo. Quase 14 bilhões de anos depois, o LHC recria pequenas porções desse ambiente.

Durante muito tempo, físicos consideraram necessárias colisões entre íons pesados, como o chumbo. Esse elemento supera em mais de 200 vezes a massa do próton.

Os novos resultados mostram que núcleos mais leves também podem produzir o plasma. Oxigênio e neon criaram sinais que apareceram nos quatro grandes detectores.

Jatos perderam energia no material quente

O experimento ATLAS observou um desequilíbrio entre pares de jatos de partículas. Um dos jatos perdeu energia ao atravessar o meio quente criado pela colisão.

Esse efeito cresceu nas colisões mais frontais. Esses choques produzem um volume maior de plasma e aumentam a perda de energia.

O CMS encontrou menos partículas carregadas nas colisões de oxigênio e neon. A comparação com colisões entre prótons reforçou a presença do mesmo mecanismo.

O LHCb analisou partículas que reúnem um quark charm e um quark leve. A supressão cresceu nas colisões com neon, que formariam um plasma maior.

Já o ALICE comparou píons neutros em colisões de oxigênio e de prótons com oxigênio. O resultado forneceu evidência clara da perda de energia.

Outras partículas reforçam a descoberta

O CMS também estudou mésons upsilon, que reúnem um quark bottom e seu antiquark. O plasma suprimiu os estados ligados de maneiras diferentes.

O LHCb encontrou sinais preliminares do mesmo comportamento. Essa supressão funciona como um termômetro das condições criadas dentro da colisão.

O ALICE observou ainda um fluxo anisotrópico mais forte em bárions do que em mésons. Bárions carregam três quarks, enquanto mésons carregam dois.

Esse padrão combina com a ação coletiva do plasma sobre as partículas que surgem na colisão. A concordância entre medidas diferentes fortalece a interpretação.

Próxima fase deve ampliar os testes

Os pesquisadores continuam analisando os dados das colisões com íons leves. Eles querem determinar quando o plasma começa a surgir e como seu tamanho altera os sinais.

O LHC passa por uma transformação para se tornar o High-Luminosity LHC. A nova fase produzirá mais dados e permitirá testes mais precisos da matéria primordial.

Esses estudos ajudam a reconstruir a transição que formou prótons e nêutrons. Dessa mudança vieram os átomos, as estrelas, os planetas e toda matéria conhecida.