Os cientistas relataram novas pistas para resolver um enigma cósmico: como o plasma quark-gluon – o fluido perfeito da natureza – evoluiu para a matéria.
Alguns milionésimos de segundo após o Big Bang, o universo inicial assumiu um novo estado estranho: uma sopa subatômica chamada plasma quark-gluon.
E apenas 15 anos atrás, uma equipe internacional incluindo pesquisadores do grupo Relativistic Nuclear Collisions (RNC) no Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) descobriu que este plasma de quark-gluon é um fluido perfeito – no qual quarks e glúons, os blocos de construção de prótons e nêutrons, estão tão fortemente acoplados que fluem quase sem atrito.
Os cientistas postularam que jatos de partículas altamente energéticas voam através do plasma quark-gluon – uma gota do tamanho do núcleo de um átomo – a velocidades mais rápidas do que a velocidade do som e que, como um jato voando rápido, emite um estrondo supersônico chamado Mach aceno. Para estudar as propriedades dessas partículas de jato, em 2014 uma equipe liderada por cientistas do Berkeley Lab foi pioneira em uma técnica de imagem de raios-X atômica chamada tomografia a jato. Os resultados desses estudos seminais revelaram que esses jatos se espalham e perdem energia à medida que se propagam através do plasma quark-gluon.
Mas onde a jornada das partículas do jato começou dentro do plasma quark-gluon? Um sinal de onda Mach menor, chamado de esteira de difusão, previram os cientistas, diria onde olhar. Mas, embora a perda de energia fosse fácil de observar, a onda de Mach e a esteira de difusão que a acompanha permaneceram indefinidas.
Agora, em um estudo publicado recentemente na revista Physical Review Letters, os cientistas do Berkeley Lab relatam novos resultados de simulações de modelos que mostram que outra técnica que eles inventaram, chamada tomografia a jato 2D, pode ajudar os pesquisadores a localizar o sinal fantasmagórico da esteira de difusão.
“Seu sinal é tão minúsculo que é como procurar uma agulha em um palheiro de 10.000 partículas. Pela primeira vez, nossas simulações mostram que é possível usar a tomografia de jato 2D para captar os minúsculos sinais da esteira de difusão no plasma quark-gluon “, disse o líder do estudo Xin-Nian Wang, um cientista sênior da Divisão de Ciência Nuclear do Berkeley Lab que fez parte da equipe internacional que inventou a técnica de tomografia a jato 2D.
Para encontrar aquela agulha supersônica no palheiro quark-gluon, a equipe do Berkeley Lab selecionou centenas de milhares de eventos de colisão de núcleos de chumbo simulados no Large Hadron Collider (LHC) no CERN, e eventos de colisão de núcleos de ouro no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) no Laboratório Nacional de Brookhaven. Algumas das simulações de computador para o estudo atual foram realizadas nas instalações do usuário do supercomputador NERSC do Berkeley Lab.
Wang diz que sua abordagem única “o ajudará a se livrar de todo esse feno em sua pilha – o ajudará a se concentrar nesta agulha”. O sinal supersônico das partículas do jato tem uma forma única que se parece com um cone – com uma esteira de difusão se arrastando atrás, como ondas na esteira de um barco em movimento rápido. Os cientistas procuraram evidências desse “wakelet” supersônico porque ele indica que há um esgotamento das partículas. Uma vez que a onda de difusão está localizada no plasma quark-gluon, você pode distinguir seu sinal de outras partículas no fundo.
Seu trabalho também ajudará os experimentalistas do LHC e do RHIC a entender quais sinais procurar em sua busca para entender como o plasma quark-gluon – o fluido perfeito da natureza – evoluiu para a matéria. “Do que somos feitos? Como era o universo infantil nos poucos microssegundos após o Big Bang? Este ainda é um trabalho em andamento, mas nossas simulações da tão procurada difusão de difusão nos aproximam de responder a essas perguntas,” ele disse.
Publicado em 17/09/2021 12h05
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