A busca restringe uma forma misteriosa de matéria prevista na teoria da relatividade especial de Einstein. Após mais de uma década de pesquisa, os cientistas do maior colisor de partículas do mundo acreditam que estão prestes a encontrá-lo.
Mas os pesquisadores não estão procurando nas entranhas explodidas de partículas esmagadas juntas à velocidade da luz.
Em vez disso, os físicos do Large Hadron Collider (LHC), um anel de 27 quilômetros enterrado no subsolo perto da fronteira entre a França e a Suíça, estão procurando a matéria que falta, chamada de condensado de vidro colorido, estudando o que acontece quando as partículas não colidam, mas passe um do outro em quase acidentes.
No Modelo Padrão da Física, a teoria que descreve o zoológico de partículas subatômicas, 98% da matéria visível no universo é mantida unida por partículas fundamentais chamadas glúons. Essas partículas apropriadamente nomeadas são responsáveis pela força que cola os quarks para formar prótons e nêutrons. Quando os prótons são acelerados para se aproximarem da velocidade da luz, ocorre um fenômeno estranho: a concentração de glúons dentro deles dispara.
"Nesses casos, os glúons se dividem em pares de glúons com energias mais baixas, e se dividem subsequentemente, e assim por diante", disse Daniel Tapia Takaki, professor associado de física e astronomia da Universidade do Kansas, em comunicado. "Em algum momento, a divisão de glúons no interior do próton atinge um limite no qual a multiplicação de glúons deixa de aumentar. Esse estado é conhecido como condensado de vidro colorido, uma fase hipotética da matéria que se pensa existir em altitudes muito altas. prótons de energia e também em núcleos pesados ".
Segundo o Laboratório Nacional Brookhaven, o condensado pode explicar muitos mistérios não resolvidos da física, como a forma como as partículas são formadas em colisões de alta energia ou como a matéria é distribuída dentro das partículas. No entanto, confirmar sua existência iludiu os cientistas por décadas. Mas em 2000, os físicos do Relativistic Heavy Ion Collider de Brookhaven encontraram os primeiros sinais de que o condensado de vidro colorido poderia existir.
Quando o laboratório esmagou átomos de ouro sem seus elétrons, eles encontraram um sinal estranho nas partículas que saíam das colisões, dando a entender que os prótons dos átomos estavam cheios de glúons e começaram a formar o condensado de vidro colorido. Outras experiências com colisão de íons pesados no LHC tiveram resultados semelhantes. No entanto, a colisão de prótons em velocidades relativísticas só pode dar uma rápida visão das entranhas dos prótons antes que as partículas subatômicas explodam violentamente. Sondar o interior dos prótons tem uma abordagem mais suave.
Quando partículas carregadas, como prótons, são aceleradas a altas velocidades, elas criam fortes campos eletromagnéticos e liberam energia na forma de fótons, ou partículas de luz. (Graças à natureza dupla da luz, também é uma onda.) Esses vazamentos de energia já foram descartados como um efeito colateral indesejável dos aceleradores de partículas, mas os físicos aprenderam novas maneiras de usar esses fótons de alta energia a seu favor.
Se os prótons se encontrarem zunindo no acelerador, a tempestade de fótons liberados pode causar colisões próton-sobre-fóton. Essas chamadas colisões ultra-periféricas são a chave para entender o funcionamento interno dos prótons de alta energia.
"Quando uma onda de luz de alta energia atinge um próton, produz partículas - todos os tipos de partículas - sem quebrar o próton", disse Tapia Takaki, em comunicado. "Essas partículas são registradas pelo nosso detector e permitem reconstruir uma imagem de alta qualidade sem precedentes do que está dentro".
Tapia Takaki e uma colaboração internacional de cientistas agora estão usando esse método para rastrear o indescritível condensado de vidro colorido. Os pesquisadores publicaram os primeiros resultados de seu estudo na edição de agosto do European Physical Journal C. Pela primeira vez, a equipe foi capaz de medir indiretamente a densidade dos glúons em quatro níveis diferentes de energia. No nível mais alto, eles encontraram evidências de que um condensado de vidro colorido estava apenas começando a se formar.
Os resultados experimentais "… são muito empolgantes, fornecendo novas informações sobre a dinâmica do glúon no próton, mas existem muitas questões teóricas que não foram respondidas", Victor Goncalves, professor de física da Universidade Federal de Pelotas no Brasil e um co-autor do estudo, disse no comunicado.
Por enquanto, a existência de condensado de vidro colorido permanece um mistério ilusório.