Colisões entre núcleos de ouro revelaram um comportamento inesperado em uma matéria comprimida a densidades extremas.
O experimento ocorre no colisor RHIC, nos Estados Unidos. Núcleos de ouro são acelerados e lançados uns contra os outros. Durante uma fração de segundo, o choque cria uma matéria muito mais densa do que a presente em um núcleo atômico comum.
Colisão entre íons de ouro registrada pelo detector STAR no RHIC. As linhas representam as trajetórias de milhares de partículas produzidas durante o choque.
Crédito: Brookhaven National Laboratory / Wikimedia Commons — CC BY 2.0.
Os pesquisadores querem entender como essa matéria muda de estado conforme sua temperatura e densidade. Para isso, eles variam a energia das colisões.
O detector STAR registra então as milhares de partículas produzidas. Seu movimento conserva informações sobre o estado muito breve que existia logo após a colisão. Os pesquisadores se interessaram especialmente pelas pequenas variações em seu movimento lateral de uma colisão para outra.
É aí que surge a anomalia. Nas colisões mais frontais, essas variações caem fortemente entre 3 e 5,2 GeV. Em seguida, permanecem muito baixas até 7,7 GeV, antes de voltar a subir nas energias mais altas. O sinal se afasta nitidamente de uma evolução regular.
Correlações de quantidade de movimento medidas pelo STAR durante colisões ouro-ouro em função da energia. Uma queda aparece nas energias mais baixas estudadas.
Crédito: STAR Collaboration/Brookhaven National Laboratory.
Por que essa queda interessa tanto aos físicos? A matéria nuclear pode existir em diferentes estados, dependendo de sua temperatura e densidade. Os pesquisadores suspeitam que exista um “ponto crítico” no qual a maneira de passar de um estado para outro muda profundamente.
Perto de um ponto assim, a matéria poderia absorver muita energia sem que sua temperatura variasse significativamente. De uma colisão para outra, as diferenças de temperatura deveriam, portanto, diminuir. A queda medida pelo STAR corresponde justamente ao tipo de comportamento esperado nessa situação.
Esse resultado, porém, ainda não é suficiente para anunciar a descoberta de um ponto crítico. Um modelo de colisão sem esse fenômeno não reproduz corretamente o sinal observado. Mas outros mecanismos poderiam produzir uma anomalia comparável, e várias explicações ainda permanecem possíveis.