Físicos colidiram núcleos de ouro em altíssima velocidade e registraram um padrão inesperado nas partículas liberadas pelo impacto, usando o detector STAR instalado no acelerador RHIC, do Laboratório Nacional Brookhaven, em Nova York.

Para reproduzir condições semelhantes às do universo jovem, a equipe analisou aproximadamente 1 bilhão de colisões entre 3 e 7,7 GeV, a faixa de menor energia do RHIC. Nas colisões de menor energia foi adotado um sistema de alvo fixo, no qual o feixe de ouro atingiu uma fina folha do mesmo metal, permitindo produzir a matéria mais densa já alcançada pelo acelerador.

Após cada impacto, os cientistas mediram a intensidade com que as partículas carregadas eram lançadas para os lados, parâmetro conhecido como momento transversal. Também compararam o movimento das partículas para verificar se tendiam a ser lançadas com mais ou menos força em conjunto. A expectativa era observar uma mudança gradual conforme a energia das colisões variava.

O resultado foi diferente: o efeito diminuiu, chegou a um ponto mais baixo e depois voltou a crescer. Essa variação foi grande o suficiente para ser considerada estatisticamente muito significativa, atingindo o nível de 5 sigma, que indica que a probabilidade de ser um acaso é aproximadamente uma em 3,5 milhões de tentativas.

A observação ajuda a entender a chamada equação de estado da matéria, que descreve como temperatura, pressão e densidade se relacionam. Em condições extremas, prótons e nêutrons – formados por quarks – podem se transformar em um plasma de quarks e glúons, a “sopa” de partículas que teria preenchido o universo nos primeiros instantes após o Big Bang.

“Para a água, a equação de estado indica quando congela, ferve ou se expande”, explicou Rutik Manikandhan, pós‑doutorando em física na Universidade Estadual de Ohio. “Para a matéria nuclear, ela funciona como um conjunto de regras para entender seu comportamento sob as condições mais extremas da natureza”.

É nesse cenário que entra o chamado ponto crítico, uma condição especial em que a maneira como a matéria muda de um estado para outro pode se alterar. Identificar essa região ajudaria os físicos a compreender melhor como o plasma de quarks e glúons do universo primordial se transformou na matéria que conhecemos hoje.

Conceitos relevantes citados no estudo incluem: quarks e glúons – partículas que aparecem livres quando a matéria é submetida a condições extremas; força forte – uma das forças fundamentais da natureza, responsável por manter os quarks unidos dentro de prótons e nêutrons; calor específico – quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura de uma determinada quantidade de matéria; simulações – cálculos feitos em supercomputadores para comparar os resultados do experimento com modelos teóricos.

Uma simulação amplamente usada, que não considera a existência de um ponto crítico, reproduziu a tendência geral dos dados, mas não a queda observada. Em colisões fora do centro, o mesmo efeito apareceu apenas de maneira fraca, reforçando a necessidade de cautela.

Os pesquisadores alertam que outros fenômenos podem alterar as variações observadas nas partículas e que ainda é preciso determinar quanto desses efeitos explicariam o comportamento registrado. “Esse resultado é sugestivo, não uma prova de um ponto crítico”, afirmou Manikandhan.

A equipe pretende agora calcular o calor específico da matéria quente produzida nas colisões e comparar o resultado com simulações que descrevem o comportamento de quarks e glúons. Também serão analisadas outras medições, como as variações no número de prótons produzidos. “Somente quando diferentes medições concordarem poderemos afirmar com confiança se existe um ponto crítico”, concluiu o pesquisador.

Se a hipótese for confirmada, o achado poderá esclarecer uma etapa importante da evolução do universo: a passagem do plasma de quarks e glúons para a matéria formada por prótons e nêutrons. Não é a primeira vez que experimentos de alta energia trazem novas pistas sobre a matéria primordial; já destacamos, por exemplo, as descobertas do James Webb sobre a formação estelar que reforçam a importância de entender a equação de estado em diferentes escalas.

Com informacoes de Olhar Digital.