Um 'mini Big Bang' criado em laboratório pode revelar como o Universo começou

Cientistas conseguiram produzir plasma de quarks e glúons, estado da matéria associado aos primeiros instantes do Universo, por meio de colisões entre núcleos de oxigênio-16 e neônio-20 em velocidades próximas à da luz.

O resultado mostra que núcleos menores que os de chumbo também podem atingir as condições necessárias para formar esse tipo de matéria. Os pesquisadores comparam o fenômeno a um “mini Big Bang” devido às condições criadas durante o choque entre as partículas.

Quando dois núcleos colidem nessas velocidades, seus componentes podem formar uma pequena gota de plasma na qual quarks e glúons permanecem livres por uma fração de segundo. Logo depois, o material se expande e deixa de existir nesse estado.

O processo reproduz, em escala experimental, condições associadas aos primeiros momentos após o Big Bang, modelo usado para explicar a expansão e a evolução inicial do Universo. Naquele período, as temperaturas impediam que os quarks e glúons permanecessem confinados em partículas como prótons e nêutrons.

Experimentos voltados à produção desse plasma costumam recorrer a núcleos pesados, como os de chumbo. Os resultados com oxigênio-16 e neônio-20 ampliam os sistemas nos quais o fenômeno pode ser estudado e permitem investigar quais condições são necessárias para que a matéria alcance esse estado.

Como o plasma de quarks e glúons existe por um intervalo curto demais para ser observado diretamente, pesquisadores analisam as partículas produzidas depois da colisão para identificar sinais de sua formação.

Formato dos núcleos deixa marcas nas partículas

A equipe do Niels Bohr Institute analisou os padrões apresentados pelas partículas liberadas após os choques. Segundo o estudo, essas características guardam informações sobre o formato dos núcleos que participaram da colisão.

No caso do oxigênio, o núcleo apresenta uma distribuição mais próxima de uma forma arredondada. O neônio, por sua vez, possui uma configuração comparada pelos pesquisadores à de um pino de boliche. Essas diferenças permitem estudar como prótons e nêutrons se distribuem dentro dos núcleos.

A análise das partículas resultantes da colisão funciona, portanto, como uma forma indireta de reconstruir características de estruturas que não podem ser acompanhadas durante a existência do plasma.

O próximo passo previsto pelos pesquisadores é testar núcleos menores, entre eles o hélio-4, para determinar qual é o menor sistema capaz de produzir plasma de quarks e glúons. A investigação pode estabelecer o limite de tamanho a partir do qual as condições para a formação desse estado da matéria deixam de ocorrer.