Físicos realizaram colisões de núcleos de ouro em velocidades muito altas e descobriram um padrão inesperado nas partículas liberadas pelo impacto. Esta descoberta fornece pistas sobre como a matéria primordial, formada logo após o Big Bang, esfriou para formar prótons e nêutrons que compõem a matéria do universo moderno.
A anomalia pode indicar o chamada 'ponto crítico' da matéria nuclear — um estado no qual a mudança de um estado de matéria para outro altera seu comportamento, de acordo com a pesquisa. Os dados foram registrados pelo detector STAR, instalado no acelerador RHIC do Laboratório Nacional de Brookhaven em Nova York.
Para reproduzir condições semelhantes às do universo jovem, pesquisadores do Laboratório Nacional de Brookhaven fizeram os núcleos de ouro colidir em diferentes níveis de energia. A equipe analisou cerca de um bilhão de colisões na faixa de 3 a 7,7 GeV, que é a zona de menor energia do RHIC.
Em colisões de energia mais baixa, foi usado um sistema de alvo fixo: um feixe de ouro atingiu uma fina folha do mesmo metal. Essa configuração permite produzir a matéria mais densa alcançada pelo acelerador.
Após cada impacto, os cientistas observaram com que intensidade as partículas carregadas eram expelidas lateralmente. Essa medida é conhecida pelos físicos como momento transversal. Eles também compararam o movimento das partículas para verificar se elas tendiam a ser expelidas juntas com maior ou menor força.
Esperava-se uma mudança gradual à medida que a energia das colisões mudava. No entanto, o resultado foi diferente: o efeito diminuiu, atingiu o ponto mais baixo e depois começou a aumentar novamente.
Essa diferença foi significativa o suficiente para ser considerada estatisticamente muito significativa. O resultado atingiu 5 sigma, um nível que os físicos usam para indicar que é improvável que seja coincidência. De acordo com os cálculos, se a mudança observada fosse apenas aleatória, tal desvio ocorreria aproximadamente uma vez a cada 3,5 milhões de tentativas.
A observação ajuda os cientistas a entender um tipo de 'guia' da matéria em condições extremas, chamado equação de estado. Ela descreve como características como temperatura, pressão e densidade se relacionam.
Prótons e nêutrons são compostos por partículas ainda menores — quarks. Eles permanecem ligados pela interação forte, uma das forças fundamentais da natureza. Sob a influência de temperaturas ou densidades extremas, prótons e nêutrons podem se transformar em plasma de quark-glúon — uma espécie de 'sopa' de partículas que, segundo se supõe, preencheu o universo nos primeiros instantes após o Big Bang.
'Para a água, isso indica quando ela congela, ferve ou se expande', explicou Rutik Manikandhan, pós-doutorando em física na Universidade Estadual de Ohio. Segundo o pesquisador, para a matéria nuclear, a equação de estado funciona como um conjunto de regras para entender seu comportamento nas condições mais extremas da natureza.
É neste cenário que surge o chamado ponto crítico. São condições especiais nas quais a maneira como a matéria transiciona de um estado para outro pode mudar. A descoberta dessa região ajudaria os físicos a entender melhor como o plasma de quark-glúon do universo primitivo se transformou na matéria que conhecemos.
O sinal chamou a atenção porque simulações amplamente utilizadas que não levam em conta a existência do ponto crítico reproduziram a tendência geral dos dados, mas não a queda que foi observada. No entanto, em colisões fora do centro, o mesmo efeito apareceu apenas fracamente.
Os pesquisadores mantêm a cautela. Outros fenômenos podem alterar as variações observadas nas partículas, e ainda é preciso determinar o quanto eles explicam o comportamento registrado.
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Manikandhan declarou: 'Este resultado é indicativo, não uma prova do ponto crítico.'
A equipe agora planeja calcular a capacidade térmica específica da matéria quente formada durante as colisões e comparar este resultado com modelos que descrevem o comportamento de quarks e glúons. Outras medições também serão analisadas, como mudanças na quantidade de prótons produzidos.
O pesquisador concluiu: 'Somente quando várias medições concordarem poderemos afirmar com confiança a existência do ponto crítico.'
Se a hipótese for confirmada, o resultado pode ajudar a esclarecer uma etapa importante da evolução do universo: a transição do plasma de quark-glúon para a matéria composta por prótons e nêutrons.