Nos primeiros microsegundos logo após o Big Bang, o universo era excessivamente quente para que prótons e nêutrons existissem de maneira estável. Quarks e glúons flutuavam livres em um estado extremo e intenso conhecido como plasma de quarks e glúons. A medida que o universo se expandiu e esfriou, essas partículas conseguiram formar matéria como a conhecemos hoje.
Como não temos uma amostra dessa matéria primordial disponível para estudarmos, físicos se esforçam para recriá-la em aceleradores de partículas. No Grande Colisor de Hádrons (LHC), núcleos de átimos são lançados uns contra os outros a velocidades muito próximas à velocidade da luz, produzindo condições semelhantes aquelas do universo em seus primeiros microsegundos.
Durante várias décadas, esses experimentos dependiam primordialmente de elementos pesados, como ouro e chumbo. Agora, resultados do CERN evidenciam que núcleos significativamente menores também podem produzir sinais ligados a esse estado da matéria.
Até onde uma colisão encolhe
No experimento ALICE pesquisadores estudaram colisões de oxigênio-16 contra oxigênio-16 e de neônio-20 contra neônio-20.
O estudo publicado na Physical Review Letters encontrou padrões que podem ser compatíveis com a formação de um meio incrivelmente quente e denso. A diferença dessa escala é grandiosa: oxigênio-16 possui 16 prótons e nêutrons; neônio-20, possui 20. Um núcleo de chumbo usado comumente no LHC tem mais de 200.
Ainda assim, essas colisões menores geraram matéria que expandiu de maneira coletiva antes de resfriar e formar partículas comuns novamente. O resultado diminui o tamanho do sistema que é preciso para investigar o plasma e amplia a função do Grande Colisor de Hádrons na busca de seus limites.
A forma do núcleo surge depois da destruição
Um dos pontos mais curiosos do experimento apareceu após os núcleos haverem deixado de existir.
O plasma é muito efêmero para ser observado de maneira direta. Aetectores registram as partículas que foram durante o resfriamento e medem como elas se espalham. Esse padrão conserva as informações da geometria da colisão.
Oxigênio e neônio produziram resultados distintos. O núcleo de oxigênio-16 é um tanto arredondado, enquanto o neônio-20 tem um formato mais longo. Pesquisadores do Niels Bohr Institute compararam o formato do núcleo de neônio à forma de um pino de boliche.
Essa diferença apareceu novamente no movimento de partículas. You Zhou, líder do experimento e pesquisador no instituto, afirmou que os dados reduzem o limite conhecido hoje para o tamanho de núcleos que podem recriar essa misteriosa matéria primordial.
O estranho plasma que se comporta como líquido
O plasma de quarks e glúons se coporta de maneira incomum ao invés de como uma nuvem desorganizada de partículas. Os grandes colisores de partículas mostram que quarks e glúons interagem de maneira intensa, formando um meio que possui um fluxo semelhante a um líquido de baixíssima viscosidade.
Esse comportamento deixou os físicos surpresos. Em vez de partículas que seguem trajetórias independentes, emergiu um sistema que demonstra movimento coletivo. Pesquisas anteriores já descreveram esse tipo de matéria como um fluido de propriedades incomuns.
Agora a questão mudou: quão pequeno um sistema pode ser antes que esse comportamento suma? Experimentos anteriores já haviam demonstrado pequenas gotas de fluido perfeito em colisões menores. Oxigênio e neônio colaboram para estreitar essa fronteira ainda mais.
Outros sinais apontam para a mesma direção
O ALICE é apenas um dos experimento do LHC que observa indícios desse estado da matéria em núcleos mais leves.
Em julho de 2026, o CERN juntou resultados de ALICE, ATLAS, CMS e LHCb evidenciando sinais diferentes associados ao plasma nas colisões com oxigênio e neônio.
Outra pesquisa da colaboração ALICE descobriu evidências de que partículas muito energéticas parcialmente perdem sua energia quando atravessam o material produzido nas colisões de oxigênio. Esse efeito é velho conhecido em sistemas mais amplos e fornece uma nova forma de testar se as colisões menores produzem mesmo um meio semelhante.
A pergunta agora é seria: onde está o limite? Em algum ponto, um sistema muito pequeno deve deixar de apresentar esse comportamento coletivo. Descobrir esse limite pode exibir quais são condições mínimas necessárias para que o plasma de quarks e glúons se forme.
Uma janela para o primórdio do universo
Chamar essas colisões de “mini Big Bangs” é interessante, mas não tão preciso. O CERN não recria o primórdio do universo; ele reproduz apenas um exótico estado da matéria que provavelmente havia existido pouco depois do Big Bang.
De qualquer maneira, a escala do experimento é admirável. Condições de cerca de 13,8 bilhões de anos atrás podem ser investigadas nos dias de hoje em colisões subatômicas cuidadosamente controladas. E quanto menores se tornam esses sistemas, mais perto os físicos estão de descobrir onde acaba o comportamento de partículas isoladas e onde começa o da matéria coletiva que conhecemos que veio dominar o universo primordial.
Fonte original: HypeScience