Novo tipo de matéria descoberto no LHC?

Dados inesperados do LHC (Large Hadron Collider, ou Grande Colisionador de Hadrões) sugerem que as colisões podem estar a produzir um novo tipo de matéria.

Colisão de um protão contra um núcleo de chumbo, enviando um chuveiro de partículas através do detector ALICE. As experiências ATLAS, CMS e LHCb também registraram as colisões. Crédito: Alice / CERN

As colisões entre os protões e os iões de chumbo no Grande Colisionador de Hadrões (LHC) produziram um comportamento surpreendente nalgumas das partículas criadas pela colisão. A nova observação sugere que as colisões podem ter produzido um novo tipo de matéria, conhecido como cor de vidro-condensado.

Mas, para introduzir melhor o tema, a experiência LHCb (B que denota o quark bottom, mas que todos os Físicos de Partículas gostam de chamar Beauty Quark, Quark da Beleza, devido à janela que proporciona sobre a matéria que existia logo após o Universo de formar) publicou este vídeo, que aqui reproduzimos.

B stands for Beauty!

B denota Beleza!

(Nota: o Cern providenciou tradução para e legendagem em Português, que podem aceder com o comando CC em baixo, do lado direito do vídeo)

Quando os feixes de partículas colidem um contra o outro a altas velocidades, as colisões produzem centenas de novas partículas, a maioria das quais voa para longe do ponto de colisão quase à (muito perto, a 99.99998% de ‘c’, o tal amigo que está na famosa E=mc^2) da velocidade da luz. No entanto, a equipa da experiência CMS (Compact Muon Solenoid, ou Solenoide Compacto de Muões) no LHC descobriu que numa amostra de 2 milhões de colisões entre chumbo-protões, alguns pares de partículas voaram para longe uns dos outros com as respectivas direcções correlacionadas.

“De alguma forma eles voam na mesma direção, mesmo que não esteja claro como podem comunicar entre si a sua direcção comum. Isso foi uma surpresa para muitas pessoas, inclusive nós”, diz professor de física do MIT (Massachusetts Institute of Technology) Gunther Roland, cujo grupo liderou a análise dos dados das colisões, tendo sido acompanhado por Wei Li, um antigo pós-doutorado do MIT, que hoje é Professor-assistente na Universidade Rice. Um artigo descrevendo as descobertas inesperadas aparecerá na próxima edição da revista Physical Review B e já está disponível no arXiv.

O grupo de iões pesados do MIT, que inclui Roland e professores de física do MIT Wyslouch Bolek e Busza Wit, viu há cerca de dois anos o mesmo padrão distintivo em colisões protão-protão. O mesmo padrão de voo também é observado quando os iões de chumbo ou doutros metais pesados, tais como o ouro e cobre, colidem uns com os outros. Essas colisões de iões pesados produzem uma onda de quark-gluão plasma, a sopa quente de partículas que existiam durante os primeiros milionésimos de segundo após o Big Bang. No colisionador, esta onda varre algumas das partículas resultantes na mesma direcção, o que indica uma correlação nas suas trajectórias de voo.

O paper científico enceta o seu Abstract (uma resenha dos objectos e/ou dos fenómenos estudados) assim:

“Apresentamos resultados em duas partículas (com) correlações angulares para partículas carregadas emitidas em colisões p-Pb (protão-ião de chumbo) num centro de massa nucleão-nucleão de energia (cifrada em) 5,02 TeV. A análise utiliza dois milhões de colisões colectadas com o detector CMS no LHC.

(nota: tradução geral)

Mais adiante refere o momento transverso, ora “para uma partícula produzida numa colisão,” citando o Professor João Varela do CERN, “o momento transverso designa a componente do momento da partícula na direcção perpendicular à linha de colisão.”

Tem-se teorizado que as colisões protão-protão podem produzir uma onda dum tipo de líquido de gluões, conhecida como vidro de cor-condensado. Este enxame denso de gluões também pode produzir o padrão de colisão incomum visto em colisões protão-chumbo, diz Raju Venugopalan, um cientista sénior do Laboratório Nacional de Brookhaven, que não esteve envolvido na pesquisa. Venugopalan e seu ex-aluno Kevin Dusling teorizaram a existência do vidro de cor-condensado pouco antes da correlação da direcção das partículas ter sido observada nas colisões protão-protão. Enquanto protões em níveis normais são formados por três quarks, eles tendem a adquirir um aglomerado de gluões que os acompanham em níveis de energia mais elevados.

Estes gluões existem como partículas e como ondas, e as suas funções de onda podem ser correlacionadas umas com as outras.

Este “emaranhamento quântico” explica como as partículas que voam para longe do ponto da colisão podem compartilhar informações, tais como a direcção de voo, diz-nos Venugopalan – a correlação é “um efeito muito pequeno, mas está apontando para algo muito fundamental, em particular como os quarks e os gluões estão organizados no interior do espaço dum protão”, prossegue ele.

Os pesquisadores do CMS inicialmente previram utilizar as colisões de protões de chumbo como um “sistema de referência” para comparação com as colisões chumbo-chumbo. “Não se esperavam efeitos do plasma quarks-gluões”, nas colisões entre o chumbo e os protões, diz-nos Roland. “Era para ser uma espécie de séries de colisões de referência em que se podem estudar os efeitos de fundo e, em seguida, subtrai-los dos efeitos que se observam nas colisões chumbo-chumbo”. Essa série durou apenas quatro horas, mas, em Janeiro de 2013, a colaboração CMS planeia fazer várias semanas de colisões chumbo-protões, o que lhes deve permitir determinar se as colisões realmente estão a produzir um líquido, comentou o Professor Gunther Roland. Isso deve ajudar a limitar as explicações possíveis e a determinar se os efeitos observados em colisões de protões-protões, protões-chumbo e chumbo-chumbo estão relacionados.
Portanto, em resumo, temos um candidato com fortes indícios de constituir um novo tipo de matéria, e as experiências prosseguem na busca da… Beleza.

Na imagem, uma ampliação da Nebulosa Helix, onde gases coalescem sob a protecção duma película originada numa explosão anterior, afastam-se do centro da explosão e tomam a forma de lágrimas. Julgamos que assim se geram os Planetas bébés, que vão ser órfãos na nossa Galáxia por não terem estrela anfitriã. A estrela que deu origem a esta explosão morreu, gerando estes planetas bebés duma enorme beleza.

—

Podem ver o original da notícia aqui, onde se agradece ao MIT a sua publicação.