O Large Hadron Collider finalmente explica como a matéria frágil se forma

No Large Hadron Collider (LHC) do CERN, as colisões de prótons geram temperaturas mais de 100.000 vezes mais quentes que o núcleo do Sol. Durante anos, os investigadores não compreenderam como é que partículas delicadas como os deutérios e os antideuterões podiam existir num calor tão intenso. Um deutério contém apenas um próton e um nêutron, mantidos juntos por uma força relativamente fraca. Sob essas condições, um núcleo atômico tão leve deveria se desintegrar quase instantaneamente. Mesmo assim, os experimentos continuaram detectando-os. Os investigadores demonstraram agora que cerca de 90 por cento dos (anti)deuterões observados formam-se através deste processo recentemente identificado, em vez de sobreviverem à explosão inicial.

Nova visão sobre a forte interação

A física de partículas do TUM, Prof. Laura Fabbietti, membro do ORIGINS Cluster of Excellence e SFB1258, destaca a importância da descoberta. “O nosso resultado é um passo importante para uma melhor compreensão da ‘interacção forte’ – aquela força fundamental que une protões e neutrões no núcleo atómico. As medições mostram claramente: os núcleos leves não se formam na fase inicial quente da colisão, mas mais tarde, quando as condições se tornaram um pouco mais frias e calmas.”

Maximilian Mahlein, pesquisador da Cátedra Fabbietti para Matéria Hadrônica Densa e Estranha na Escola de Ciências Naturais da TUM, acrescenta que as descobertas têm implicações mais amplas. “A nossa descoberta é significativa não apenas para a investigação fundamental da física nuclear. Núcleos atómicos leves também se formam no cosmos – por exemplo, nas interacções dos raios cósmicos. Podem até fornecer pistas sobre a ainda misteriosa matéria escura. Com as nossas novas descobertas, os modelos de como estas partículas são formadas podem ser melhorados e os dados cósmicos interpretados de forma mais fiável.”

CERN e o Grande Colisor de Hádrons

O CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) é o maior centro mundial de pesquisa em física de partículas. Localizado perto de Genebra, na fronteira entre a Suíça e a França, abriga o LHC, um acelerador de anel subterrâneo de 27 quilômetros de comprimento. Dentro do LHC, os prótons são colididos quase à velocidade da luz. Estas colisões recriam condições semelhantes às logo após o Big Bang, atingindo temperaturas e energias não encontradas em nenhum outro lugar hoje. Isto permite aos cientistas estudar a matéria no seu nível mais básico e testar as leis fundamentais da natureza.

ALICE e o nascimento da matéria

Um dos principais experimentos do LHC é o ALICE (A Large Ion Collider Experiment), que se concentra na compreensão da forte interação que mantém os núcleos atômicos unidos. ALICE funciona como uma enorme câmera, capaz de rastrear e reconstruir até 2.000 partículas produzidas em uma única colisão. Ao fazer isso, os pesquisadores pretendem recriar os primeiros momentos do universo e aprender como uma mistura quente de quarks e glúons acabou formando núcleos atômicos estáveis ​​e, em última análise, toda a matéria.

Explorando as origens cósmicas e as forças fundamentais

O Cluster de Excelência ORIGINS estuda como o universo e suas estruturas surgiram, desde galáxias e estrelas até planetas e os componentes básicos da vida. Sua pesquisa segue o caminho desde as menores partículas do universo primitivo até o desenvolvimento de sistemas biológicos. Isto inclui a procura de ambientes que possam suportar vida fora da Terra e a obtenção de informações mais profundas sobre a matéria escura. Em maio de 2025, uma segunda fase de financiamento para ORIGINS, proposta pela TUM e pela Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), foi aprovada no âmbito da Estratégia de Excelência da Alemanha.

O Centro de Pesquisa Colaborativa “Neutrinos e Matéria Escura em Astro- e Física de Partículas” (SFB 1258) concentra-se em questões fundamentais da física, com particular atenção à interação fraca, uma das quatro forças fundamentais da natureza. O terceiro período de financiamento do SFB1258 começou em janeiro de 2025.