A colaboração ALICE é um grande grupo de pesquisadores de mais de 100 institutos de física em todo o mundo que se concentra no estudo do plasma quark-gluon usando dados coletados pelo detector ALICE (A Large Ion Collider Experiment). ALICE é um detector de íons pesados projetado para examinar a física de matéria que interage fortemente em densidades de energia extremas, que faz parte do anel acelerador de partículas Large Hadron Collider (LHC) do CERN.
Um dos principais objetivos do experimento ALICE é obter uma melhor compreensão das propriedades das formas de plasma quark-gluon durante as colisões de alta energia entre núcleos pesados. O experimento recentemente levou a uma série de observações interessantes, descritas em um artigo publicado na Physical Review Letters, que fornecem a primeira evidência de interações de momento angular spin-orbital em colisões relativísticas de íons pesados.
“Quando as colisões de alta energia entre núcleos pesados não são centrais (ou seja, não frontais), elas conferem ao plasma formado um grande momento angular, estimado em cerca de 107 ? – equivalente à ordem de 1.021 rotações por segundo “, disse Luciano Musa, porta-voz da colaboração ALICE, ao Phys.org. “Em uma linguagem simplificada, uma gota extremamente rápida de quarks e glúons é formada. Os quarks, por outro lado, têm uma propriedade mecânica quântica chamada spin, que é análoga a uma rotação em torno de um eixo.”
O grande momento angular do plasma quark-gluon formado em colisões de íons pesados pode ser, até certo ponto, transferido para quarks individuais, alinhando suas direções de spin. Esse efeito da mecânica quântica, conhecido como interação spin-órbita, também pode ser observado em outros casos, por exemplo, entre elétrons, que também têm spin e “giram” em torno dos núcleos atômicos.
“As interações spin-órbita foram estudadas anteriormente usando vários sistemas de colisão, mas o grande momento angular do plasma gerado em colisões de núcleos de chumbo no LHC ofereceu uma oportunidade única de pesquisar este efeito mecânico quântico fundamental em um sistema de quarks desconfinados, “Andrea Dainese, coordenadora de física do experimento ALICE, disse ao Phys.org.
De acordo com as previsões teóricas, a interação spin-órbita no plasma quark-gluon deve alinhar o spin dos quarks, que têm um número quântico de spin 1/2. Os quarks do plasma devem, então, ligar-se aos pares para formar mésons com spin 0 (ou seja, mesons escalares), em que os dois quarks têm orientação de spin oposta, ou spin 1 (ou seja, mesons vetor), em que os dois quarks têm a mesma orientação de rotação.
As previsões sugerem que o alinhamento dos spins do quark resultaria então em um alinhamento dos spins do méson do vetor. A Colaboração ALICE observou este efeito, reunindo as primeiras evidências de alinhamento de spin nos produtos de decaimento do que são conhecidos como mésons vetores neutros K * e ? (phi).
“Estudamos esse alinhamento de spin medindo a distribuição angular dos produtos de decaimento dos mésons vetores”, explicou Musa. “O sinal mais forte foi visto para os mésons K * e a confirmação de que o sinal é induzido pelo alinhamento do spin foi obtida por meio da falta de um sinal semelhante para os mésons K neutros, que têm spin 0. As medidas atuais são um passo em direção experimentalmente estabelecimento de interações spin-órbita na matéria relativística-QCD do plasma quark-gluon.”
A colaboração ALICE é o primeiro grupo de pesquisa a publicar evidências que se alinham com as previsões teóricas de um grande alinhamento de spin de mésons vetoriais em colisões de núcleos pesados. Suas medições são uma conquista significativa no estudo do plasma quark-gluon, pois sustentam a previsão de que esse plasma possui uma vorticidade inicial com um momento angular sem precedentes, que leva ao alinhamento do spin do quark via interações spin-órbita. Seu trabalho oferece uma visão significativa que pode informar estudos futuros que investiguem as propriedades do plasma quark-gluon.
O detector ALICE está atualmente passando por uma grande atualização e, em 2022, quando as campanhas de coleta de dados do LHC do CERN começarem novamente, ele deverá ser capaz de registrar amostras de colisão Pb-Pb 50 vezes maiores do que as coletadas até o momento. Esses dados serão muito mais precisos do que os dados existentes e podem, portanto, levar a novas descobertas fascinantes sobre o plasma quark-gluon.
“Novos estudos com o K * carregado, que tem um momento magnético sete vezes maior que o do K * neutro, podem até permitir uma observação direta do efeito do campo magnético muito grande produzido no plasma do quark-gluon pelo jejum rotação de partículas eletricamente carregadas”, disse Dainese. “Este campo magnético é estimado em 1014 Tesla, mas desaparece em um curto período de tempo de 10-23 segundos! Além disso, também é importante notar que o alinhamento de K * spin neutro é surpreendentemente grande em comparação com a polarização medida para ? hiperons. Portanto, estudos futuros do efeito com mais precisão serão muito interessantes, bem como de outros efeitos que podem se relacionar aos mesmos mecanismos físicos de ângulos diferentes. “
Publicado em 11/08/2020 06h54
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