CERN encolhe o big bang para o tamanho de um átomo leve

No CERN, nos arredores de Genebra, acabou de se fazer um big bang de bolso. Em vez de núcleos pesados como o chumbo, um novo experimento mostrou que basta colisões de oxigénio-16 e neão-20 para recriar o mesmo estado exótico de matéria que existiu microsegundos após o início do Universo.

Esse estado chama-se plasma de quarks e gluões, ou QGP (quark-gluon plasma). Antes de existirem protões, neutrões e átomos, o cosmos era uma sopa densa e escaldante em que quarks e gluões andavam livres, sem estarem presos dentro das partículas que hoje compõem tudo, da tua mão ao ecrã onde lês isto. À medida que o Universo expandiu e arrefeceu, essa sopa condensou-se nas partículas “normais”. Se queremos perceber o que aconteceu nos primeiros instantes do tempo, temos de recriar essa sopa, gota a gota.

Até aqui, a regra prática era simples: para ter QGP, é preciso bater núcleos grandes com muita energia. Chumbo, ouro, coisas com muitos nucleões para gerar uma “bola de fogo” suficientemente grande e densa para se comportar como um fluido. O novo trabalho, publicado na Physical Review Letters, mostra que essa intuição estava mal calibrada. Oxigénio e neón, menos de um décimo do peso de um átomo de chumbo, chegam para produzir sinais consistentes com QGP.

O truque não é tanto “ver” a sopa, é inferir o seu comportamento. Nas colisões analisadas, os fragmentos gerados mostraram um padrão coletivo, como se viessem de uma gota de fluido em expansão, em vez de um simples spray caótico de partículas independentes. É esse comportamento hidrodinâmico que denuncia a presença de plasma primordial, ainda que por uma fração ridícula de segundo. Como explicou You Zhou, investigador do Niels Bohr Institute, o resultado empurra a fronteira de quão pequenos podem ser os núcleos e ainda assim entrar neste estado extremo.

Há aqui mais do que curiosidade cósmica. Ao sabermos com que “tamanho mínimo” de sistema surgem efeitos de QGP, afinamos os modelos que ligam a física dos aceleradores à do Universo jovem. O mesmo tipo de modelização matemática que se usa para interpretar estes micro big bangs alimenta depois simulações cosmológicas, as mesmas que estão por trás de missões espaciais que querem mapear a estrutura do cosmos e a matéria escura, como o telescópio Roman da NASA e o seu plano para desenhar um mapa em grande escala da matéria escura.

É fácil desvalorizar isto como mais um número batido num acelerador. Mas encolher o big bang para o regime de átomos leves é um lembrete incómodo: a fronteira entre “sistema pequeno” e “sistema coletivo” é mais difusa do que a física clássica gostaria. Quando a próxima geração de experiências chegar, com mais energia e alvos ainda mais variados, não é só a história do início do Universo que pode precisar de revisão. É a nossa noção confortável de onde acaba uma partícula e começa um fluido.

Fonte: Wired