Ao esmagar as partículas, os físicos podem ter criado a menor gota de fluido do universo - uma gota do tamanho de um próton de sopa quente e primordial.
Essa sopa de partículas é o plasma de quarks e glúons, o fluido que encheu o cosmos durante os primeiros microssegundos após o Big Bang. Está a trilhões de graus e, com quase nenhum atrito, oscila próximo da velocidade da luz.
"É o fluido mais extremo que conhecemos", disse Jacquelyn Noronha-Hostler, física teórica da Universidade Rutgers, em Nova Jersey.
Os físicos colidiram partículas para criar essa sopa primordial antes, e alguns experimentos sugeriram que certas colisões produzem gotículas tão pequenas quanto prótons. Em um novo artigo publicado em 10 de dezembro na revista Nature Physics, os físicos do Experimento Pioneiro de Interação Nuclear de Alta Energia (PHENIX) relataram qual pode ser a evidência mais convincente de que essas gotículas podem ser tão pequenas.
"Está realmente nos levando a repensar nossa compreensão das interações e condições desse tipo de fluxo de gotículas", disse Jamie Nagle, físico da Universidade do Colorado Boulder que analisou dados nas experiências mais recentes. Os resultados podem ajudar os físicos a entender melhor o plasma de quarks-glúons do universo primitivo e a natureza dos fluidos.
"Isso significa que precisamos reescrever nosso conhecimento do que significa ser um fluido", disse Noronha-Hostler, que não fez parte dos novos experimentos, à Live Science.
Os experimentos foram feitos no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) no Brookhaven National Laboratory, em Nova York, onde os físicos criaram o primeiro plasma de quarks-glúons em 2005, batendo juntos os núcleos atômicos. O quark é a partícula fundamental que compõe prótons e nêutrons, que por sua vez formam núcleos atômicos. Os glúons são as partículas portadoras de força que mantêm os quarks unidos em um próton ou nêutron através da força forte, uma das forças fundamentais da natureza.
Os físicos anteriormente supunham que as gotas de plasma de quarks e glúons deviam ser relativamente grandes, disse Noronha-Hostler. Para uma gota fluir como um fluido, dizia o pensamento, o objeto tinha que ser muito maior que suas partículas constituintes. Uma gota típica de água, por exemplo, é muito maior que suas próprias moléculas de água. Por outro lado, um pequeno grupo de, digamos, três ou quatro moléculas de água individuais não se comportaria como um líquido, pensaram os pesquisadores.
Portanto, para tornar as gotas de plasma de quarks e glúons o maior possível, os físicos do RHIC reuniram grandes núcleos atômicos, como o ouro, que produzem gotículas de tamanho semelhante - cerca de 10 vezes maiores que um próton. Mas os físicos descobriram que, quando colidiram com partículas menores, inesperadamente detectaram sinais de gotículas de tamanho de prótons - por exemplo, em colisões entre prótons realizadas no Large Hadron Collider, perto de Genebra.
Para descobrir se essas minúsculas gotículas poderiam realmente existir, físicos executando o detector PHENIX nos prótons do RHIC dispararam; núcleos de deuteron, cada um contendo um próton e um nêutron; e núcleos de hélio-3 nos núcleos de ouro. Se essas colisões formarem gotículas fluidas de plasma de quarks e glúons, os cientistas argumentaram, as gotículas teriam formas diferentes dependendo do que os núcleos dourados atingissem. Bater em um próton criaria uma gota redonda; um deuteron produziria uma gota elíptica e o hélio-3 criaria uma gota triangular.
Uma gota desse tipo viveria apenas 100 bilhões de bilionésimos de segundo antes que o calor intenso fizesse com que a gota se expandisse tão rapidamente que explodiu em uma enxurrada de outras partículas.
Medindo esses detritos de partículas, os pesquisadores reconstruíram a gota original. Eles procuraram formas elípticas e triangulares em cada um dos três tipos de colisões, fazendo seis medições totais. Os experimentos levaram vários anos e, no final, os pesquisadores detectaram as formas reveladoras, sugerindo que as colisões criaram gotículas do tamanho de prótons.
"Com um conjunto completo de seis medições, é difícil haver uma explicação diferente, exceto na imagem das gotículas", disse Nagle à Live Science.
Embora os resultados sejam convincentes, Noronha-Hostler disse que ainda não está completamente certa. Os pesquisadores ainda precisam de melhores medições dos jatos que surgem das colisões de partículas. Se as minúsculas gotículas de fluido se formarem, os impactos entre os núcleos de ouro e os prótons, deuterons ou heilum-3 devem ter produzido partículas de alta velocidade que formaram jatos, que teriam explodido através das gotículas de quarks e glúons recém-criadas. À medida que o jato passava zunindo pelo fluido, ele teria perdido energia e diminuído a velocidade, como uma bala viajando pela água.
Mas até agora, as medições mostram que os jatos não perderam tanta energia quanto o previsto. Experimentos futuros, como a versão atualizada do PHENIX, que está programada para ser lançada em 2023, devem ajudar os físicos a entender melhor o que está acontecendo - e determinar com certeza se essas gotículas minúsculas podem existir, disse Noronha-Hostler.
