Os cientistas agora esclareceram como os deutérios se formam em condições extremas. Prótons e nêutrons necessários para criar esses pequenos núcleos são liberados quando estados de partículas de alta energia, que existem por um curto período, se desgastam (os chamados ressonâncias). Uma vez libertadas, as partículas podem se juntar para formar deutérios. O mesmo processo também explica como os antideutérios, feitos de antimatéria, são produzidos. Esses resultados foram relatados na revista Nature.
No Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN, colisões de prótons geram temperaturas mais de 100.000 vezes mais quentes do que o núcleo do Sol. Durante anos, os pesquisadores não entendiam como partículas delicadas como os deutérios e antideutérios poderiam existir em um 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 continuavam a detectá-los. Os pesquisadores agora demonstraram que cerca de 90% dos (anti)deutérios observados se formam por meio desse novo processo identificado, em vez de sobreviver à explosão inicial.
Novas Perspectivas Sobre a Interação Forte
A física de partículas da TUM, Prof. Laura Fabbietti, uma membro do Cluster de Excelência ORIGINS e do SFB1258, destaca a importância da descoberta. “Nosso resultado é um passo importante para uma melhor compreensão da ‘interação forte’ — essa força fundamental que liga prótons e nêutrons no núcleo atômico. As medições mostram claramente: 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.”
Dr. Maximilian Mahlein, pesquisador na Cátedra de Matéria Hadronica Densa e Estranha do TUM School of Natural Sciences, acrescenta que as descobertas têm implicações mais amplas. “Nossa descoberta é significativa não apenas para a pesquisa fundamental em física nuclear. Núcleos atômicos leves também se formam no cosmos — por exemplo, em interações de raios cósmicos. Eles também poderiam fornecer pistas sobre a ainda misteriosa matéria escura. Com nossas novas descobertas, modelos de como essas partículas se formam podem ser aprimorados e dados cósmicos interpretados de maneira mais confiável.”
CERN e o Grande Colisor de Hádrons
O CERN (Conselho Europeu para a Pesquisa Nuclear) é o maior centro de pesquisa em física de partículas do mundo. 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, prótons são colididos quase à velocidade da luz. Essas colisões recriam condições semelhantes às que existiam logo após o Big Bang, atingindo temperaturas e energias não encontradas em nenhum outro lugar hoje. Isso permite aos cientistas estudar a matéria em seu nível mais básico e testar as leis fundamentais da natureza.
ALICE e o Nascimento da Matéria
Um dos principais experimentos do LHC é ALICE (A Large Ion Collider Experiment), que se concentra na compreensão da interação forte que mantém os núcleos atômicos juntos. ALICE funciona como uma enorme câmera, capaz de rastrear e reconstruir até 2000 partículas produzidas em uma única colisão. Ao fazer isso, os pesquisadores visam recriar os primeiros momentos do universo e aprender como uma mistura quente de quarks e glúons acabou formando núcleos atômicos estáveis e, por fim, toda a matéria.
Explorando as Origens Cósmicas e 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 das menores partículas no universo primitivo até o desenvolvimento de sistemas biológicos. Isso inclui a busca por ambientes que possam suportar vida além da Terra e a obtenção de uma compreensão mais profunda da matéria escura. Em maio de 2025, uma segunda fase de financiamento para o 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 na Astrofísica 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.