Objetivos

Estudo dos aspectos experimentais, teóricos e fenomenológicos das interações hadrônicas em altas energias.

Linhas de Pesquisa

• QCD não-perturbativa e as Equações de Schwinger-Dyson (A.C. Aguilar)

  Em preparação

• Estudo de interações hadrônicas a altas energias a partir de resultados de experimentos com raios cósmicos e em aceleradores, e de simulações de Monte Carlo baseadas em modelos teóricos (C.D. Chinellato, J.A. Chinellato)

  Em preparação

• Física Nuclear de Altas Energias (J. Takahashi, G. Torrieri, D. D. Chinellato)

  O principal objeto de estudo da física nuclear de altas energias é o que acontece com a matéria quando sujeita a condições extremas. Para conseguir chegar nestas condições extremas, são utilizados aceleradores de partículas que aceleram núcleos inteiros de átomos, como ouro ou chumbo, formados por dezenas de prótons e nêutrons. Para acelerar estes núcleos, é conveniente utilizar átomos totalmente ionizados, ou seja, átomos sem elétrons. É por isso que essa área de pesquisa é chamada de “colisões de íons pesados relativísticos” quando lidamos com altíssimas energias.

  Uma vez que estes íons se chocam, acredita-se que, durante a colisão, as partículas que compõem prótons e nêutrons, que são quarks e glúons, é que ditarão a dinâmica do sistema. Assim, seria formado um novo estado da matéria que possui uma densidade de energia enorme e que é chamado de plasma de quarks e glúons – ou, do inglês, Quark-Gluon Plasma (QGP). Após os instantes iniciais da colisão, o plasma então se resfriará e quarks e glúons não serão mais encontrados independentemente, mas sim novamente em estados ligados de quarks e glúons, como prótons, píons, etc.

  

  Esquema de uma colisão entre dos núcleos atômicos a velocidades próximas da luz. Inicialmente, eles parecem achatados porque, a essa velocidade, entram em ação fenômenos da relatividade que alteram o espaço e o tempo. No final, grande número de partículas é produzida. Fonte: Dissertação de mestrado de Geraldo Magela Severino Vasconcelos, IFGW/Unicamp (2008), pág. 11. Figura adaptada da tese de PhD de R. Sahoo, Utkal University (2007).Veja também a animação no site do grupo Alice.

  Obter as condições necessárias para a criação do QGP não é tarefa simples. Para realizar tal feito, é necessário fazer uso de máquinas que sejam capazes de acelerar íons pesados até energias bastante elevadas: apenas um núcleo de chumbo acelerado pelo maior acelerador de partículas do mundo, o Large Hadron Collider, possui uma energia cinética equivalente a uma bolinha de pingue-pongue que viaja a uma velocidade (já macroscópica!) de 36cm/s. No mundo moderno, há dois principais aceleradores nos quais ocorrem colisões de íons pesados: o “Relativistic Heavy Ion Collider” (RHIC), localizado em Brookhaven, nos EUA, e o “Large Hadron Collider” (LHC), no CERN, em Genebra. Nestes aceleradores estão montados dois grandes experimentos que são dedicados ao estudo do QGP: o experimento STAR (“Solenoidal Tracker at RHIC”) e o experimento ALICE (“A Large Ion Collider Experiment”, montado no LHC).

  

  Foto do experimento ALICE, montado em uma caverna a cerca de 50 metros de profundidade em Genebra, na Suíça. Os detectores centrais do experimento estão contidos dentro de um grande imã que pode ser visto em vermelho nesta foto. Para mais informações, veja http://aliceinfo.cern.ch/Public/Welcome.html.

  No grupo de física hadrônica, há participação direta no experimento ALICE pelos professores Jun Takahashi e David Chinellato. Mais especificamente, do ponto de vista da física do QGP, é estudada a produção de quarks estranhos, que são quarks de um dos quatro tipos de quarks que não podem ser encontrados facilmente na matéria usual. Isso porque sabe-se que existem seis quarks no total: o quark “up” (u), o quark “down” (d), o quark “strange” (s), o quark “charm” (c), o quark “bottom” (b) e o quark “top” (t), sendo que partículas comuns como prótons e nêutrons são basicamente apenas compostos por quarks u e d. Portanto, o quark estranho, quando observado, é criado em pares quark-antiquark na interação sendo estudada. Uma das previsões mais importantes a respeito do QGP é justamente que, nestas condições extremas, seria observado um aumento significativo na produção de estranheza. O grupo de física hadrônica vem participando sistematicamente das medidas de estranheza do ALICE.

  Além das medidas, é feito também trabalho fenomenológico com a ideia de estudar e entender os mecanismos fundamentais que levam ao aumento de estranheza que se observa. Para isso, são estudados muitos modelos de produção de partículas, que incluem até mesmo a evolução hidrodinâmica do plasma de quarks e glúons, na qual é assumido que este plasma sofre expansão coletiva, como se fosse um líquido. Este trabalho complementar é também muito importante, porque é nesta interface entre experimento e teoria que pode ser obtido um direcionamento a respeito da pesquisa como um todo.

  Vídeo de vista aérea do experimento ALICE feito utilizando um drone. (Video ©CERN on behalf of the ALICE experiment).

• Fenomenologia dos Espalhamentos Elástico e Difrativo de Hádrons em Altas Enegias (M.J. Menon)

  Em preparação