Sopa primordial do Universo recriada em laboratório pela primeira vez

Investigadores recriaram em laboratório minúsculas gotículas da chamada sopa primordial, o fluido que preencheu o Universo nos seus primeiros momentos após o Big Bang.

Criar a chamada sopa primordial, uma “sopa de quarks”, não é tarefa fácil. Uma equipa internacional de investigadores conseguiu esta proeza esmagando pequenas partículas em pesados núcleos de ouro quase à velocidade da luz.

A primeira vez que esta experiência foi realizada foi há menos de duas décadas, quando os cientistas esmagaram dois átomos pesados juntos. Agora, neste novo estudo, realizado como parte do PHENIX, no Brookhaven National Laboratory, nos Estados Unidos, os cientistas foram além da simples criação da substância.

Além de a criarem, mostraram que é possível criar amostras de sopa primordial atirando pequenas partículas, como protões, em núcleos pesados, como o ouro. O novo estudo é, também, uma prova convincente de que as tais gotículas podem ser muito pequenas.

Até agora, os físicos supunham que as gotículas de plasma de quarks e glúons tinham que ser relativamente grandes. Para chegar a fluir como um fluido, a gota tinha que ser maior que as suas partículas constituintes. Uma gota de água, por exemplo, é muito maior do que as suas próprias moléculas de água. Além disso, um aglomerado de três ou quatro moléculas de água individuais não se comportaria como um líquido.

No início da experiência, os físicos do Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) aglomeraram grandes núcleos atómicos como o ouro, que produz gotículas cerca de 10 vezes maiores do que um protão. No entanto, acabaram por detetar inesperadamente, quando colidiam partículas menores, indícios de gotículas de fluido do tamanho de protões.

Este estado de matéria de curta duração, que os teóricos acreditam que imita as condições observadas logo após o Big Bang, comporta-se como um “fluido perfeito”, adianta em comunicado Paul Romatschke, professor de física da Universidade de Boulder.

“Se pudéssemos ter uma garrafa deste líquido em cima de uma mesa, se a virássemos e a fizéssemos passar por um obstáculo, o líquido faria quase nenhum atrito“, afirmou Romatschke.

O fluido tem biliões de graus Celsius e, com quase nenhum atrito, oscila quase à velocidade da luz. “É o fluido mais extremo que conhecemos”, diz ao Live Science Jacquelyn Noronha-Hostler, física teórica da Universidade Rutgers, nos Estados Unidos

Universo fluído

Desta forma, os cientistas acreditam que nos primeiros microssegundos após o seu nascimento, o Universo estava quente demais para hospedar átomos reunidos. Em vez disso, o cosmos recém-nascido consistiria num estado semelhante a um líquido conhecido como plasma de quarks e glúons.

Esta é a primeira vez que os cientistas afirmam ter criado gotículas desse plasma, revelando como essas gotículas se podem expandir em três formas distintas: círculos, elipses e triângulos.

Colisões de deutério (um par de protões e neutrões) produziram elipses de curta duração, enquanto os átomos de hélio-3 (um trio protão-protão-neutrão) formaram triângulos. Colisões entre protões individuais explodiram em formas circulares.

As colisões criadas pelos investigadores geraram temperaturas ultra quentes, na casa dos biliões de graus Celsius, fazendo com que as partículas subatómicas que criam protões e neutrões se quebrassem em formas elementares. Sob certas condições, a equipa encontrou as gotículas resultantes expandidas para formar as três formas diferentes.

“Isto leva-nos a repensar a nossa compreensão sobre as interações e condições deste tipo de fluxo de gotículas”, afirma Jamie Nagle, físico da Universidade do Colorado, que analisou os dados das experiências mais recentes.

Os resultados podem ajudar os físicos a entender melhor o plasma de quarks e glúons do Universo primordial assim como a natureza dos fluidos.

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