Estudo revela detalhes sobre o primeiro microssegundo após o Big Bang

O Big Bang deixou de ser uma hipótese especulativa para se tornar teoria científica factível e observável com as contribuições de físicos como Stephen Hawking e a descoberta da radiação cósmica de fundo. Isso foi há mais de 55 anos, mas ainda hoje há mistérios não solucionados sobre os primeiros instantes do universo. Neste mês de maio, entretanto, cientistas publicaram um artigo no qual desvendam uma importante peça deste quebra-cabeças.

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De acordo com as observações, o Big Bang foi um período no qual o universo ultradenso e quente expandiu — não foi, portanto, uma explosão, como costumamos imaginar. Esse crescimento foi excepcionalmente rápido, e durante esse curtíssimo período as flutuações quânticas deram forma ao espaço, ao tempo e às forças da natureza como as conhecemos hoje. Mas como exatamente isso ocorreu? Qual foi o “passo-a-passo” desse desenvolvimento? Como toda a matéria se formou?

Astrofísicos têm algumas pistas para responder essas perguntas, mas há alguns instantes-chave do período inflacionário que ainda não foram descobertos. Contudo, a nova pesquisa realizada por cientistas da Universidade de Copenhagen revela o que parece ter acontecido após o primeiro 0,000001 segundo do Big Bang. "Nós estudamos uma substância chamada Plasma Quark-Gluon (PQG) que era a única matéria que existia durante o primeiro microssegundo do Big Bang”, conta You Zhou, professor associado do Niels Bohr Institute, na Universidade de Copenhague.

De acordo com Zhou, o resultado da equipe “nos contam uma história única de como o plasma evoluiu no estágio inicial do universo”. Plasma é um dos estados da matéria e se forma quando um gás é ionizado, formando assim uma espécie de “nuvem” de prótons, nêutrons e elétrons livres. O plasma de quark-glúon existe quando a temperatura e a densidade são muito altas, e é formado por quarks e glúons (componentes básicos da matéria) quase livres.

Já havia uma hipótese que prevê a existência desse plasma durante os primeiros 20 a 30 microssegundos após o Big Bang, mas isso ainda estava sendo testado na prática através de aceleradores de partículas desde a década de 1980. Atualmente, há três experimentos levados adiante na tentativa de comprovar a hipótese, e um deles é realizado no Large Hadron Collider (LHC) no CERN, onde a equipe de Zhou conduziu os estudos. Aparentemente, o experimento obteve sucesso em demonstrar como o universo saiu do estado de plasma quente para começar a produzir matéria.

Conforme explica Zhou, “primeiro, o plasma que consistia em quarks e glúons foi separado pela expansão a quente do universo. Em seguida, os pedaços de quark se transformaram nos chamados hádrons. Um hádron com três quarks forma um próton, que faz parte dos núcleos atômicos. Esses núcleos são os blocos de construção que constituem a Terra, nós e o universo que nos rodeia", disse. E como isso foi demonstrado? A partir do esmagamento de íons de plasma no LHC.

Quando os íons do plasma são atingidos por outra partícula em velocidade próxima à da luz, os cientistas conseguem reproduzir o estado do universo naquele milionésimo de segundo após o Big Bang — só que elas fazem isso em escala muito menor, claro. Assim, eles podem observar a “matéria prima” que formaria os núcleos dos átomos e os blocos de construção da vida. Além de usar o Large Hadron Collider, os pesquisadores também desenvolveram um algoritmo que é capaz de analisar a expansão coletiva de mais partículas produzidas, de uma só vez.

Os resultados mostram que o plasma de quark-glúon era uma forma líquida fluente e que se distingue de outras matérias mudando constantemente sua forma ao longo do tempo. "Por muito tempo, os pesquisadores pensaram que o plasma era uma forma de gás, mas nossa análise confirma a medição do marco mais recente, onde o Colisor de Hádrons mostrou que o QGP era fluente e tinha uma textura macia e suave como água”, disse Zhou.

Isso significa que o plasma mudou de forma ao longo do tempo, o que o professor e líder do estudo julgou “bastante surpreendente”. Ele acrescenta ainda que descobertas como essa são como “um tijolo” colocado em algo que deve ser construído gradualmente. “Levamos cerca de 20 anos para descobrir que o plasma Quark-Gluon era fluente [...]. Portanto, nosso novo conhecimento sobre o comportamento em constante mudança do plasma é um grande avanço para nós", conclui You Zhou. O estudo foi disponibilizado pela Physics Letters B.

Fonte: Space Daily