O primeiro microssegundo logo após o Big Bang foi recriado em laboratório

Após o Big Bang, nos primeiros segundos de um universo primitivo, tudo não passava de uma grande sopa de glúons e quarks. Isso porque tudo estava muito quente para que as partículas pudessem se agrupar para produzir os átomos, e gotículas de matérias se concentraram, formando um líquido chamado de plasma de glúons e quarks.

Jamie Nagle, da Universidade do Colorado em Boulder, em parceria com pesquisadores da Universidade e Vanderbilt, recriou tal estado. Com a ajuda de um colisor de partículas enorme do Laboratório Nacional Brookhaven, em Nova York.

Engenharia reversa

Em uma forma reversa, pacotes de nêutrons e prótons foram destruídos em diferentes combinações em núcleos atômicos muito maiores. Assim, eles descobriram que poderiam gerar minúsculas gotas de plasma de glúons e quarks, caso controlassem cuidadosamente tais condições, formando três padrões geométricos, como círculos, elipses e triângulos.

“Nosso resultado experimental nos aproximou muito mais da questão sobre qual é a menor quantidade de matéria inicial do universo que pode existir”, disse Nagle, do Departamento de Física. Os cientistas conseguiram gerar temperaturas de trilhões de graus Celsius colidindo núcleos de átomos de ouro.

Em tal fervura, quarks e glúons  se libertaram de suas cadeias atômicas e puderam fluir quase que livremente. Os cientistas acreditam que esse estado imita o que aconteceu logo após o Big Bang, se comportando como um fluido perfeito. Alguns anos depois, em um laboratório em Genebra, na Suíça, os pesquisadores relataram ter conseguido outro feito.

Eles parecem ter criado um plasma de quark e glúons colidindo dois prótons, e não dois átomos. O que deixou os cientistas chocados, uma vez que acreditavam não ser possível gerar energia suficiente com dois prótons solitários para que pudessem produzir o ambiente para algo se comportar de maneira fluida.

Os teste de ideias

Em 2014, Nagle e Paul Romatschke, professores de Física da Universidade do Colorado, em Boulder, descobriram uma maneira para testar a ideia. Se tais minúsculas gotas estavam se comportando como líquidos, então manteriam sua forma. “Imagine que você tem duas gotículas que estão se expandindo em um vácuo. Se as duas gotículas estão realmente juntas, quando elas estão se expandindo, elas se encontram e se empurram umas contra as outras, e é isso que cria esse padrão”, explicou Nagle.

De forma mais simples, quando jogamos duas pedras em um lago ao mesmo tempo, as ondulações provocadas por elas fluirão uma para a outra, o que formará um padrão semelhante a uma elipse. O mesmo poderia ocorrer caso você quebrasse um par de prótons e nêutrons, chamado de deutério, em algo ainda maior, de acordo com Nagle e Romatschke.

Bem como o trio próton-próton-nêutron, conhecido como átomo de hélio-3, isso poderia se expandir em algo parecido a um triângulo. E foi o que tal experimento mostrou: as colisões de deutério formaram elipses, mesmo que de curta duração, enquanto os átomos de hélio-3 formam triângulos e apenas um triângulo explodiu em forma de círculo.

Tais resultados poderiam ajudar os cientistas a compreenderem melhor como o plasma de glúons e quarks, que é original do universo, esfriou para dar origem aos primeiros átomos existentes.

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