A pesquisa em ciência fundamental revelou a existência de plasma de quark-gluon (QGP) – um estado da matéria recém-identificado – como o constituinte do universo primitivo. Conhecido por ter existido um microssegundo após o Big Bang, o QGP, essencialmente uma sopa de quarks e glúons, esfriou com o tempo para formar hádrons como prótons e nêutrons – os blocos de construção de toda a matéria.
Uma maneira de reproduzir as condições extremas que prevaleciam quando o QGP existia é por meio de colisões relativísticas de íons pesados. A esse respeito, instalações de aceleradores de partículas como o Large Hadron Collider (LHC) e o Relativistic Heavy Ion Collider ampliaram nossa compreensão do QGP com dados experimentais pertencentes a tais colisões.
Enquanto isso, os físicos teóricos empregaram modelos hidrodinâmicos relativísticos de vários estágios para explicar os dados, uma vez que o QGP se comporta muito como um fluido perfeito. No entanto, tem havido um sério desacordo persistente entre esses modelos e os dados na região de baixo momento transversal, onde os modelos convencionais e híbridos falharam em explicar os rendimentos de partículas observados nos experimentos.
Diante desse cenário, uma equipe de pesquisadores do Japão, liderada pelo físico teórico Professor Tetsufumi Hirano, da Universidade Sophia, realizou uma investigação para explicar os rendimentos de partículas ausentes nos modelos hidrodinâmicos relativísticos.
Em seu trabalho recente, eles propuseram uma nova “estrutura dinâmica de inicialização do núcleo corona” para descrever de forma abrangente as colisões nucleares de alta energia. Suas descobertas foram publicadas na revista Physical Review C e envolveram contribuições do Dr. Yuuka Kanakubo, estudante de doutorado na Sophia University, (afiliação atual: pesquisador de pós-doutorado na University of Jyväskylä, Finlândia) e do professor assistente Yasuki Tachibana da Akita International University, Japão.
“Para encontrar um mecanismo que possa explicar a discrepância entre a modelagem teórica e os dados experimentais, usamos uma estrutura dinâmica de inicialização de núcleo-corona (DCCI2) na qual as partículas geradas durante colisões nucleares de alta energia são descritas usando dois componentes: o núcleo, ou matéria equilibrada, e a coroa, ou matéria não equilibrada”, explica o Prof. Hirano. “Esta imagem nos permite examinar as contribuições dos componentes do núcleo e da coroa para a produção de hádrons na região de baixo momento transversal”.
Os pesquisadores conduziram simulações de colisão de íons pesados Pb-Pb no PYTHIA (um programa de simulação de computador) a uma energia de 2,76 TeV para testar sua estrutura DCCI2. A inicialização dinâmica dos fluidos QGP permitiu a separação dos componentes do núcleo e da coroa, que foram submetidos a hadronização através de “hipersuperfície de comutação” e “fragmentação de cordas”, respectivamente. Esses hádrons foram então submetidos a decaimentos de ressonância para obter os espectros de momento transversal (pT).
“Nós desligamos os espalhamentos hadrônicos e realizamos apenas decaimentos de ressonância para ver uma divisão do rendimento total em componentes de núcleo e coroa, pois os espalhamentos hadrônicos misturam os dois componentes no estágio final da reação”, explica o Dr. Kanakubo.
Os pesquisadores então investigaram a fração dos componentes do núcleo e da coroa nos espectros pT de píons carregados, kaons carregados e prótons e antiprótons para colisões a 2,76 TeV. Em seguida, eles compararam esses espectros com os obtidos a partir de dados experimentais (do detector ALICE no LHC para colisões Pb-Pb a 2,76 TeV) para quantificar as contribuições dos componentes da coroa. Por fim, eles investigaram os efeitos das contribuições dos componentes corona nas variáveis de fluxo.
Eles encontraram um aumento relativo nas contribuições de coroa na região espectral de aproximadamente 1 GeV para as classes de centralidade de 0-5% e 40-60%. Embora isso fosse verdade para todos os hádrons, eles encontraram quase 50% de contribuição da coroa para a produção de partículas nos espectros de prótons e antiprótons na região de pT muito baixo (≈ 0 GeV).
Além disso, os resultados das simulações DCCI2 completas mostraram melhor concordância com os dados experimentais do ALICE em comparação quando apenas os componentes do núcleo com espalhamentos hadrônicos (que negligenciam os componentes da coroa) foram comparados. Verificou-se que a contribuição da coroa é responsável por diluir os cumulantes de quatro partículas (um fluxo observável) obtidos puramente das contribuições do núcleo, indicando mais permutações de partículas com contribuição da coroa.
“Essas descobertas implicam que os componentes da coroa em não equilíbrio contribuem para a produção de partículas na região de espectros transversais muito baixos”, disse o Prof. Hirano. “Isso explica os rendimentos ausentes nos modelos hidrodinâmicos, que extraem apenas os componentes equilibrados do núcleo dos dados experimentais. Isso mostra claramente que é necessário extrair também os componentes não equilibrados para uma compreensão mais precisa das propriedades do QGP.”
Publicado em 14/02/2023 19h24
Artigo original:
Estudo original: