Um estudo realizado por Fernando Gardim, da Universidade Federal de Alfenas, campus de Poços de Caldas, Minas Gerais, e colaboradores da Universidade de São Paulo e da Universidade Paris-Saclay, França, confirmou a geração de um plasma de quarks e glúons no LHC, obtendo sua temperatura e outra grandeza termodinâmica, sua densidade de entropia.
Quarks e glúons formam os prótons, os nêutrons e outras partículas chamadas de hádrons. Essas constituintes fundamentais da matéria só se manifestam livremente em condições especiais de altíssima energia, como aquelas logo após o big bang, nos primeiros microssegundos do Universo, e no interior de estrelas de nêutrons. Na Terra, experimentos como o LHC procuram reproduzir essas condições em colisões de núcleos atômicos pesados acelerados a velocidades próximas à da luz.
“Podemos entender a termodinâmica da interação nuclear forte nessa região extrema de energia” afirma Gardim. “O plasma de quarks e glúons é criado nessas condições e conhecemos sua temperatura.”
Comparando seus cálculos de modelos com os dados experimentais de colisões entre núcleos de chumbo realizadas no LHC, Gardim e seus colegas encontraram uma relação única entre o momento médio das partículas detectadas nos experimentos e uma temperatura que pode ser definida para o sistema. Da mesma forma, obtiveram uma relação entre o número final de partículas produzidas nas colisões e a densidade de entropia do sistema. Concluíram que as colisões de núcleos pesados no LHC produzem um plasma de quark e glúons com cerca de 2,6 trilhões Kelvin, uma temperatura 500 milhões de vezes maior do que a da superfície do Sol.
A pesquisa foi realizada com apoio financeiro das agências de fomento FAPESP e CNPq.
Artigo científico
Thermodynamics of hot strong-interaction matter from ultrarelativistic nuclear collisions
Fernando G. Gardim, Giuliano Giacalone, Matthew Luzum e Jean-Yves Ollitrault
Nature Physics volume 16, p.615–619(2020)
ArXiv:1908.09728
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