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Uma nova análise apóia a ideia de que partículas de luz (fótons) colidindo com íons pesados criam um fluido de partículas de “interação forte”. Os cálculos são baseados no fluxo hidrodinâmico de partículas visto em colisões de vários tipos de íons tanto no Large Hadron Collider (LHC) quanto no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). Com apenas mudanças modestas, esses cálculos também descrevem os padrões de fluxo observados em colisões quase perdidas no LHC. Nessas colisões, os fótons que formam uma nuvem ao redor dos íons em alta velocidade colidem com os íons do feixe oposto.
Os resultados indicam que as colisões de íons pesados de fótons podem criar um fluido fortemente interativo que responde à geometria de colisão inicial, exibindo comportamento hidrodinâmico. Isso significa ainda que essas colisões podem formar um plasma quark-gluon, um sistema de quarks e gluons liberados dos prótons e nêutrons que compõem os íons. Essas descobertas ajudarão a orientar experimentos futuros no Colisor de Íons Elétrons (EIC), uma instalação planejada para ser construída no Brookhaven National Laboratory na próxima década.
Pode parecer surpreendente que as colisões de íons pesados de fótons possam produzir um fluido quente e denso. Mas é possível porque um fóton pode sofrer flutuações quânticas para se tornar outra partícula com os mesmos números quânticos. Um exemplo provável é um méson rho, feito de um quark e antiquark mantidos juntos por glúons. Quando um méson rho colide com um núcleo, forma um sistema de colisão muito semelhante a uma colisão próton-núcleo, que também exibe sinais de fluxo.
A análise atual dos teóricos do Brookhaven National Laboratory e da Wayne State University procurou explicar os dados do experimento ATLAS no LHC. Os teóricos descobriram que contabilizar a diferença de energia entre o méson rho e a energia muito mais alta do núcleo que chegava era o ingrediente mais importante para a capacidade de seus cálculos de reproduzir os resultados experimentais. Nas colisões de íons pesados mais energéticas, o padrão de partículas emergentes transversalmente aos feixes em colisão geralmente persiste, não importa o quão longe você olhe do ponto de colisão ao longo da linha de luz. Mas em colisões de chumbo de fótons de baixa energia, o modelo mostrou que a geometria das distribuições de partículas muda rapidamente com o aumento da distância longitudinal. Essa decorrelação teve um grande efeito no padrão de fluxo observado, mostrando que a modelagem hidrodinâmica 3D é essencial para simular essas colisões de chumbo-fóton de baixa energia.
Esta pesquisa foi financiada pelo Departamento de Energia, Office of Science, Office of Nuclear Physics e pela National Science Foundation. A pesquisa utilizou recursos computacionais do Open Science Grid, apoiado pela National Science Foundation.
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