Um novo detector de partículas está pronto para sondar as “cinzas” do Big Bang após passar em seu teste de “vela padrão”!
- marcocenturion
- 8 de set.
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"Você nunca vê o plasma de quarks e glúons em si, você só vê suas cinzas."
Notícia
Por Robert Lea
Traduzido por Marco Centurion
Um novo detector de partículas passou em um teste crucial que mostra que ele está pronto para detectar as “cinzas” deixadas por uma sopa primordial única que preencheu o universo imediatamente após o Big Bang.
O detector sPHENIX é o experimento mais recente no anel acelerador Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), localizado no Laboratório Nacional de Brookhaven, em Upton, Nova York. O segundo acelerador de partículas mais poderoso do mundo, depois do Grande Colisor de Hádrons (LHC), o RHIC colide prótons e íons de elementos pesados como o ouro em velocidades próximas à da luz para criar o plasma de quarks e glúons, o estado da matéria que existiu por um instante após o Big Bang.
Esse estado de matéria só existe em temperaturas e densidades extremamente altas e é uma “sopa” de quarks e glúons livres, as partículas fundamentais que compõem os prótons. Compreender o plasma de quarks e glúons pode revelar como eram as condições do universo em seus primeiros microssegundos e como isso deu origem aos prótons e nêutrons e até, eventualmente, à matéria que povoa o cosmos hoje.
O teste-chave passado pelo sPHENIX para provar que está pronto para medir as propriedades do plasma de quarks e glúons é chamado de “vela padrão” na física de partículas. Isso não deve ser confundido com as supernovas do Tipo Ia, as “velas padrão” que os astrônomos usam para medir distâncias cósmicas.
Neste caso, “vela padrão” refere-se a uma medição de uma constante bem estabelecida que pode ser usada para avaliar a precisão de um detector. O projeto sPHENIX passou nesse critério ao medir com precisão o número de partículas criadas quando dois íons de ouro colidem a quase a velocidade da luz, e ao calcular a energia coletiva dessas partículas.
O detector também conseguiu determinar o número de partículas carregadas lançadas durante uma colisão frontal entre íons de ouro e aquelas lançadas em uma colisão de raspão entre íons de ouro.
O sPHENIX descobriu que 10 vezes mais partículas foram criadas em colisões frontais e que essas partículas tinham 10 vezes mais energia do que as geradas durante uma colisão de raspão.
“Isso indica que o detector funciona como deveria. É como se você enviasse um novo telescópio ao espaço depois de passar 10 anos construindo-o, e ele tirasse a primeira foto. Não é necessariamente uma imagem de algo completamente novo, mas prova que agora ele está pronto para começar a fazer ciência nova.”
disse em comunicado Gunther Roland, membro da colaboração sPHENIX e professor de física no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).
O plasma de quarks e glúons não permanece por muito tempo.
Aceleradores de partículas como o RHIC lançam partículas em velocidades quase iguais à da luz em feixes circulares opostos que, ao se encontrarem, liberam uma enorme quantidade de energia. Essa energia pode aparecer na forma de plasma de quarks e glúons.
Esse plasma não permaneceu por muito tempo no início do universo e sua existência nos aceleradores de partículas é igualmente efêmera. Quando gerado, ele dura apenas um sextilionésimo de segundo. Durante sua existência, atinge temperaturas de muitos trilhões de graus. Suas partículas agem em conjunto como um “fluido perfeito”, e não como uma coleção de partículas aleatórias.
À medida que o plasma esfria, esse estado exótico desaparece, formando prótons e nêutrons que se afastam rapidamente do local da colisão inicial.
“Você nunca vê o plasma de quarks e glúons em si, você só vê suas cinzas, por assim dizer, na forma das partículas que vêm de sua decomposição. Com o sPHENIX, queremos medir essas partículas para reconstruir as propriedades do plasma de quarks e glúons, que essencialmente desaparece em um instante.”
explicou Roland.
O detector sPHENIX, do tamanho de uma casa de dois andares e pesando cerca de 1.000 toneladas, fica entre os dois principais feixes do RHIC, esperando ser bombardeado com partículas provenientes das colisões. O sPHENIX é o sucessor de nova geração do PHENIX (do inglês Pioneering High Energy Nuclear Interaction Experiment) e é capaz de registrar e medir 15.000 colisões de partículas por segundo.
Seus sistemas permitem que ele atue como uma enorme câmera 3D, rastreando o número de partículas produzidas nessas colisões, suas energias e até mesmo suas trajetórias.
“O sPHENIX aproveita os avanços na tecnologia de detectores desde que o RHIC foi ligado há 25 anos, para coletar dados na taxa mais rápida possível. Isso nos permite sondar processos incrivelmente raros pela primeira vez.”
disse Cameron Dean, membro da equipe e pesquisador do MIT.
A equipe colocou o sPHENIX à prova com esse teste da “vela padrão” durante 3 semanas no outono de 2024.
“A diversão para o sPHENIX está apenas começando. Estamos atualmente de volta às colisões de partículas e esperamos continuar por vários meses. Com todos os nossos dados, podemos procurar o processo raro de um em um bilhão que pode nos dar informações sobre coisas como a densidade do QGP, a difusão de partículas através da matéria ultradensa e quanta energia é necessária para ligar diferentes partículas entre si.”
acrescentou Dean.
A pesquisa da equipe foi publicada na edição de agosto do Journal of High Energy Physics e o texto original do artigo pode ser lido aqui.
Artigo encontrado no site da agência de divulgação científica estadunidense Space.com (originalmente publicado em 05/09/2025)
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