Enfim livres?! Uma jornada ao mundo das partículas elementares - Parte II | HEPIC
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Em 1999, foi inaugurado nos EUA um acelerador onde se pretende realizar experiências que dêem aos quarks o "prazer" de obter poucos instantes de liberdade. Essas experiências têm obtidos resultados muito interessantes e serão discutidas neste artigo.
Como vimos anteriormente, ao tentar libertar o quark, produzimos uma energia muito grande, que se converte rapidamente em outras partículas, e são elas que medimos nos detetores, ao invés do quark. Porém, os físicos tiveram uma outra idéia. Se não podemos libertar um único quark e medi-lo diretamente, por que não criar um sistema que ocupe uma região do espaço bem maior do que o volume de um próton onde muitos quarks se encontram livres para transitar dentro desse volume, dando a eles poucos instantes de "liberdade"?
E como podemos obter um sistema como esse? Pode-se fazer isso, da mesma maneira que transformamos gelo em água: comprimindo-o ou aquecendo-o. Um sistema como esse pode ser considerado como um novo estado da matéria, e é chamado de Plasma de Quarks e Gluons. Uma imagem pictórica desse sistema pode ser visto na figura abaixo.
Mas, por que fazer isso? Até hoje, o Modelo Padrão, que postula a existência de quarks, não conseguiu explicar a razão do confinamento de quarks em outras partículas. Essa propriedade é postulada a fim de se explicar os dados experimentais, porém nenhuma razão mais fundamental foi encontrada para ela. Estudando esse sistema onde os quarks estão livres certamente trará importantes informações sobre a natureza desse confinamento, além de muitas outras propriedades dos quarks.
Além disso, existem uma outra conseqüência fascinante em se estudar um sistema como esse. A teoria mais aceita atualmente para explicar a origem e evolução do Universo é a teoria do Big Bang. Segundo ela, o Universo teria surgido de uma grande explosão (o Big Bang) a partir de um ponto, ou singularidade. Portanto, no início, toda a matéria do Universo estaria concentrada em um volume muito pequeno. Toda essa pressão e temperatura impediria os quarks de se combinarem em outras partículas. Em outras palavras, nos primeiros instantes de vida do Universo, só existia o Plasma de Quarks e Gluons. Se pudermos criar esse estado da matéria no laboratório, estaremos recriando o Big Bang. E essa, sem dúvida, é uma idéia fascinante. A figura abaixo ilustra a descrição da origem e evolução do Universo segundo a teoria do Big Bang.
E como é possível formar esse sistema experimentalmente? Essa foi a principal motivação para a construção de um acelerador de núcleos pesados nos EUA. Ele se chama RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) e está localizado no Brookhaven National Laboratory, no estado de Nova Iorque, EUA. Na figura abaixo é mostrada uma foto aérea desse acelerador.
O RHIC é capaz de promover a colisão entre dois núcleos de ouro, que é bastante pesado, a energias elevadíssimas. Para se ter uma idéia, a energia gerada na colisão entre os núcleos de ouro nesse acelerador é 40,000 vezes maior que a massa do próton! Portanto, essas colisões depositam uma quantidade enorme de energia em um pequeno volume do espaço, fazendo com que os quarks possam se separar, e se movimentar livremente nessa região do espaço.
Resultados extremamente interessantes têm sido obtidos nas experiências realizadas nesse acelerador. Entretanto, existem dificuldades muito grandes em se identificar sem ambigüidades a formação ou não do Plasma de Quarks e Gluons nessas colisões. Progressos extremamente encorajadores têm sido obtidos. A última edição da revista científica Physical Review Letters, a de maior impacto na área da física, é toda dedicada aos resultados mais recentes desse acelerador. Porém teremos que aguardar mais resultados experimentais, que estão a caminho para o ano de 2004, para poder afirmar com toda certeza que, finalmente, proporcionamos um pouco de liberdade aos pobres quarks.