Colisões de oxigênio e neônio no CERN recriam matéria do início do Universo e revelam núcleos em forma de pino

Experimento com núcleos menores que os usados tradicionalmente pode ampliar o estudo da matéria primordial e da estrutura nuclear.

O formato de um núcleo atômico pode deixar uma espécie de sombra no rastro de partículas criado após uma colisão quase à velocidade da luz. Foi essa pista que pesquisadores identificaram no CERN, na Suíça, ao fazer núcleos de oxigênio-16 e neônio-20 colidirem e produzirem pequenas gotas de plasma de quarks e glúons, um estado de matéria associado aos primeiros instantes do Universo. O resultado foi divulgado em 23 de agosto de 2026 pela Universidade de Copenhague e publicado na revista Physical Review Letters.

A experiência chama atenção por reduzir o tamanho do sistema usado para recriar condições cósmicas extremas. Durante décadas, os estudos desse tipo se concentraram principalmente em colisões entre núcleos pesados, como os de chumbo. Agora, os dados indicam que núcleos bem menores também podem atingir a combinação necessária de temperatura e densidade para formar a matéria primordial.

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O choque que produz uma gota de Universo primordial

O CERN acelera núcleos atômicos até velocidades próximas à da luz e os direciona uns contra os outros. Por um intervalo extremamente curto, a energia concentrada no impacto reorganiza os componentes dessas partículas. Quarks e glúons, que normalmente permanecem confinados dentro de prótons e nêutrons, passam a se comportar como uma matéria quente e densa.

Esse estado é chamado de plasma de quarks e glúons. Ele teria preenchido o Universo durante o primeiro milionésimo de segundo depois do Big Bang, quando a temperatura era alta demais para permitir a formação dos prótons e nêutrons conhecidos atualmente.

Segundo a Universidade de Copenhague, as colisões de oxigênio-16 e neônio-20 no CERN produziram plasma de quarks e glúons em 2026, permitindo analisar ao mesmo tempo a matéria primordial e a forma dos núcleos envolvidos.

A geometria aparece no movimento das partículas

Os cientistas não conseguem observar diretamente a gota de plasma. Ela se desfaz quase imediatamente, à medida que se expande e dá origem a outras partículas. A estratégia consiste em medir essas partículas remanescentes e estudar a direção e o padrão de seus movimentos.

Nos choques entre dois núcleos de oxigênio, os pesquisadores encontraram uma distribuição mais arredondada. Já as colisões com neônio apresentaram uma marca diferente, associada a uma geometria parecida com a de um pino de boliche. A comparação sugere que a forma original do núcleo influencia o comportamento coletivo da matéria criada no impacto.

A imagem ajuda a entender o método: quando uma luz incide sobre um objeto, sua sombra pode revelar o contorno mesmo que o objeto não seja visto diretamente. No experimento, a “sombra” é o conjunto de partículas que escapa da colisão.

Por que o formato do núcleo importa

Núcleos atômicos não são necessariamente esferas perfeitas. A distribuição de prótons e nêutrons pode produzir deformações, e essas características estão ligadas à maneira como a força forte organiza a matéria. Essa é uma das quatro forças fundamentais da natureza e ainda não é completamente compreendida.

Tradicionalmente, a estrutura nuclear é investigada em experimentos de energia mais baixa. Os pesquisadores observam, por exemplo, como um núcleo vibra ou gira quando recebe energia. A abordagem do ALICE, colaboração internacional responsável pelo experimento, segue pelo caminho oposto: acelera os núcleos ao limite e reconstrói sua geometria a partir do resultado do choque.

Essa diferença pode ampliar o estudo de núcleos cuja estrutura interna é difícil de examinar por métodos convencionais. A técnica ainda precisa ser testada e refinada, mas os autores avaliam que ela pode abrir uma nova frente na física nuclear.

O limite do “pequeno Big Bang”

A descoberta não significa que qualquer colisão atômica seja capaz de recriar o ambiente dos primeiros momentos cósmicos. Continua em aberto qual é o menor sistema capaz de formar plasma de quarks e glúons. Descobrir esse limite é uma das próximas perguntas da equipe.

Os pesquisadores planejam realizar novos testes com núcleos ainda mais leves, incluindo o hélio-4. A comparação poderá mostrar se a formação do plasma desaparece gradualmente à medida que o número de partículas diminui ou se existe uma transição mais definida entre os sistemas que conseguem e os que não conseguem produzir esse estado.

Da matéria primordial aos átomos que conhecemos

À medida que o Universo se expandiu, ele esfriou. Quarks e glúons deixaram de se mover livremente e se combinaram para formar prótons e nêutrons. Mais tarde, esses componentes deram origem aos núcleos atômicos e à matéria presente em estrelas, planetas e organismos vivos.

Por isso, o experimento no CERN reúne duas investigações que costumam ser apresentadas separadamente. O mesmo conjunto de colisões ajuda a reconstituir a evolução da matéria cósmica e fornece informações sobre a arquitetura dos núcleos atômicos.

Para leitores da Amazônia, o estudo também mostra como uma pergunta sobre a origem do Universo pode depender de medições feitas em laboratório e de uma rede científica internacional. O fenômeno não é específico da Europa ou de uma região do planeta: trata-se de uma propriedade da matéria em condições extremas, tema que pode ser acompanhado por estudantes e pesquisadores de física em qualquer parte do Brasil.

A próxima etapa será testar o método com o hélio-4 e outros núcleos leves, em busca da fronteira que define até onde pode chegar um “pequeno Big Bang”.

O artigo científico com os resultados está disponível na publicação indicada pela equipe, e a página de materiais da Universidade de Copenhague pode ser consultada no material oficial sobre o experimento.

Com informações de University of Copenhagen.

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