Agora os cientistas descobriram como os deutérios são formados em condições extremas. Os prótons e nêutrons necessários para criar esses minúsculos núcleos são liberados quando os estados das partículas de alta energia e vida muito curta decaem (chamados ressonâncias). Uma vez liberadas, as partículas podem se combinar para formar deutérios. Esse mesmo processo também explica como são produzidos os antideuterons, feitos de antimatéria. Esses resultados foram publicados na revista Natureza.
No Large Hadron Collider (LHC) do CERN, as colisões de prótons criam temperaturas mais de 100.000 vezes mais quentes que o núcleo do Sol. Durante anos, os pesquisadores não sabiam como partículas tão frágeis como os deutérios e os antideuterões poderiam existir em um calor tão extremo. Um deutério contém apenas um próton e um nêutron, que são mantidos juntos por uma força relativamente fraca. Sob essas condições, um núcleo atômico tão leve deveria decair quase instantaneamente. Apesar disso, os experimentos continuaram a revelá-los. Os investigadores demonstraram agora que aproximadamente 90 por cento dos (anti)deuterões observados são produzidos por este processo recentemente identificado, em vez de sobreviverem à explosão inicial.
Nova compreensão da interação forte
A física de partículas do TUM, professora Laura Fabietti, membro do cluster de excelência ORIGINS e SFB1258, sublinha 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 que os núcleos leves não são formados na fase inicial quente da colisão, mas mais tarde, quando as condições se tornam um pouco mais frias e calmas.”
Maximilian Machlein, pesquisador do Departamento Fabetti de Matéria Densa e Estranha de Hádrons da Escola de Ciências Naturais da TUM, acrescenta que as descobertas têm implicações mais amplas. “Nossa descoberta é importante não apenas para pesquisas fundamentais no campo da física nuclear. Núcleos atômicos leves também são formados no espaço – por exemplo, pela interação de raios cósmicos. Eles podem até fornecer pistas sobre a ainda misteriosa matéria escura. Graças às nossas novas descobertas, é possível melhorar os modelos de formação dessas partículas e interpretar os dados espaciais de forma mais confiável.”
CERN e o Grande Colisor de Hádrons
O CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) é o maior centro de pesquisa do mundo na área de física de partículas. Localizado perto de Genebra, na fronteira entre a Suíça e a França, é o lar do LHC, um acelerador de anel subterrâneo com 27 quilómetros de comprimento. Dentro do LHC, os prótons são lançados juntos quase à velocidade da luz. Estas colisões recriam condições semelhantes às que ocorreram logo após o Big Bang, atingindo temperaturas e energias nunca vistas 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 (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 fazê-lo, os investigadores procuram recriar os primeiros momentos da existência do Universo e aprender como a mistura quente de quarks e glúons acabou por formar núcleos atómicos estáveis e, em última análise, toda a matéria.
Um estudo das origens cósmicas e forças fundamentais
O Cluster de Excelência ORIGINS estuda como o universo e suas estruturas se originaram, desde galáxias e estrelas até planetas e os blocos básicos de construção 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 uma compreensão mais profunda da matéria escura. Em maio de 2025, a segunda rodada de financiamento do ORIGINS, proposta pela TUM e pela Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), foi aprovada como parte da Estratégia de Excelência Alemã.
O Centro de Pesquisa Colaborativa de Neutrinos e Matéria Escura em Astrofísica e Partículas (SFB 1258) concentra-se em questões fundamentais da física, com foco particular na interação fraca, uma das quatro forças fundamentais da natureza. O terceiro período de financiamento do SFB1258 começou em janeiro de 2025.
