Os físicos criaram três formas diferentes de bolhas de plasma de quarks e glúons usando o Relativistic Heavy Ion Collider no Brookhaven National Laboratory. Esse plasma é um tipo exótico de matéria que preencheu o universo nos primeiros milissegundos após o Big Bang.
(Imagem: © Javier Orjuela Koop)
Pela primeira fração de segundo após o Big Bang, o universo não passou de uma "sopa" extremamente quente de quarks e glúons - partículas subatômicas que se tornariam os blocos de construção de prótons e nêutrons. Agora, 13,8 bilhões de anos depois, os cientistas recriaram essa sopa primordial em laboratório.
Usando o Relativistic Heavy Ion Collider no Laboratório Nacional Brookhaven em Upton, Nova York, os físicos geraram pequenas gotas desse plasma de quarks-glúons esmagando diferentes combinações de prótons e nêutrons. Durante esses acidentes, os quarks e glúons que compunham os prótons e nêutrons se libertaram e se comportaram como um líquido, descobriram os pesquisadores.
Dependendo de qual combinação de partículas os pesquisadores quebraram, os minúsculos glóbulos de plasma formados por líquidos formaram uma de três formas geométricas distintas: círculos, elipses ou triângulos. [Imagens: Olhando de volta para o Big Bang e o início do universo]
"Nosso resultado experimental nos aproximou muito mais da resposta à questão da menor quantidade possível de matéria do universo primitivo", disse Jamie Nagle, físico da Universidade do Colorado Boulder que participou do estudo.
Os plasmas de quarks e glúons foram criados pela primeira vez em Brookhaven, em 2000, quando os pesquisadores esmagaram os núcleos dos átomos de ouro. Então, os cientistas do Large Hadron Collider, em Genebra, desafiaram as expectativas quando criaram o plasma, esmagando dois prótons juntos. "Isso foi surpreendente porque a maioria dos cientistas assumiu que prótons isolados não podiam fornecer energia suficiente para produzir qualquer coisa que pudesse fluir como um fluido", disseram funcionários da UC Boulder no comunicado.
Nagle e seus colegas decidiram testar as propriedades fluidas desse exótico estado da matéria, criando pequenas bolhas dele. Se o plasma realmente se comportar como um líquido, os pequenos globs devem poder manter sua forma, previram os pesquisadores.
"Imagine que você tem duas gotas que estão se expandindo no vácuo", disse Nagle. "Se as duas gotículas estão realmente próximas, quando elas se expandem, elas se chocam e se empurram, e é isso que cria esse padrão".
"Em outras palavras, se você atirar duas pedras em um lago próximo, as ondulações desses impactos fluirão uma para a outra, formando um padrão que se assemelha a uma elipse", disseram funcionários da UC Boulder. "O mesmo pode ser verdade se você esmagar um par próton-nêutron, chamado deuteron, em algo maior ... Da mesma forma, um trio próton-próton-nêutron, também conhecido como átomo de hélio-3, pode se expandir para algo semelhante para um triângulo ".
Colocando essas diferentes combinações de prótons e nêutrons em átomos de ouro perto da velocidade da luz, os pesquisadores conseguiram fazer exatamente o que esperavam: criar bolhas elípticas e triangulares de plasma de quarks e glúons. Quando os cientistas esmagaram um único próton no átomo de ouro, o resultado foi uma gota circular da sopa primordial.
Essas gotículas de vida curta do plasma de quarks e glúons atingiram temperaturas de trilhões de graus Celsius. Os pesquisadores pensam que estudar esse tipo de matéria "poderia ajudar os teóricos a entender melhor como o plasma de quarks e glúons original do universo esfriou por milissegundos, dando à luz os primeiros átomos existentes", disseram funcionários da UC Boulder.
Os resultados deste estudo foram publicados em 10 de dezembro na revista Nature Physics.
