Quando núcleos atômicos colidem entre si a velocidades próximas à da luz, eles criam brevemente o plasma de quarks e glúons, um estado absurdamente quente da matéria onde quarks e glúons vagam livres. Essa coisa se comporta como um fluido quase perfeito e permite que os cientistas vislumbrem condições semelhantes às que existiam logo após o Big Bang. Os pesquisadores passaram bastante tempo olhando para os redemoinhos dramáticos do plasma e seus poderosos campos eletromagnéticos, mas a sua aceleração? Mal um olhar. Isso é uma pena, porque a aceleração é o que faz a bola de fogo se expandir tão rapidamente - na hidrodinâmica, ela é tão fundamental quanto a vorticidade, assim como os campos elétrico e magnético são ambos essenciais ao eletromagnetismo.

Uma equipe liderada pelos físicos da Universidade de Fudan, Yu-Gang Ma e Xu-Guang Huang, decidiu mapear como a aceleração se forma e muda dentro desse plasma. Eles combinaram dois modelos populares de transporte de partículas, AMPT e UrQMD, com um método de suavização gaussiana. Esse truque transforma distribuições individuais de partículas em campos contínuos de energia, momento e velocidade, permitindo que tratem o plasma como um fluido em movimento. Em seguida, eles rastrearam a aceleração em energias de colisão de 3,5 GeV até 2,76 TeV.

"A aceleração não é meramente um detalhe cinemático - ela pode atuar como um parâmetro de controle termodinâmico da matéria QCD", disse o Professor Huang, presumivelmente enquanto ajustava seus óculos.

As simulações mostraram que o pico de aceleração própria pode atingir várias centenas de MeV em energias de colisão baixas e altas. A aceleração transversal mais forte sempre aponta para fora e se esconde perto da borda externa da bola de fogo. Por quê? Porque a pressão cai rapidamente ali enquanto a densidade de entalpia permanece baixa. De acordo com a equação de Euler relativística, esses dois fatores se reforçam mutuamente e aumentam a aceleração. Então a borda é basicamente um ponto quente de aceleração, o que soa como um ótimo lugar para se evitar.

Mas o plasma não se comporta da mesma forma em todas as energias. Em energias mais baixas, a parada nuclear inicialmente desacelera as coisas, produzindo uma desaceleração de até cerca de 500 MeV. Em energias ultrarelativísticas, os núcleos atravessam um ao outro tão rapidamente que puxam o novo plasma para pulsos breves e intensos de aceleração. E como a aceleração mais forte permanece ao longo da fronteira, não importa muito se os núcleos colidem de frente ou em ângulo - o efeito é semelhante. Tanto para colisões dramáticas.

A aceleração pode fazer mais do que apenas mover o plasma. Através do efeito Unruh, um observador acelerado veria o espaço vazio como um banho quente. Uma aceleração de várias centenas de MeV poderia se assemelhar a temperaturas próximas à temperatura de transição QCD. Isso significa que a aceleração poderia adicionar um novo "eixo de aceleração" à estrutura de fases da matéria QCD, potencialmente afetando tanto a transição quiral quanto a transição de confinamento de quarks. Ela também pode gerar efeitos de transporte e influenciar o alinhamento do spin das partículas, o que complementaria os efeitos de vorticidade e poderia ajudar a explicar o comportamento estranho de spin observado no RHIC e no LHC.

Os pesquisadores planejam incluir uma evolução hidrodinâmica mais realista em seus cálculos na próxima etapa. Eles também esperam encontrar sinais experimentais - como padrões na polarização de spin dos híperons - que possam revelar as impressões digitais da aceleração. Ao conectar efeitos quânticos não inerciais com o comportamento mensurável das partículas, este trabalho abre um novo caminho para estudar a matéria governada pela interação forte.

"Assim como a temperatura e a densidade definem o diagrama de fases da matéria, a aceleração pode abrir um novo eixo desse diagrama", disse o Professor Huang. "Ao mapear essa dimensão oculta do plasma de quarks e glúons, esperamos transformar efeitos quânticos não inerciais em assinaturas que os experimentos possam realmente medir." Em outras palavras, eles estão transformando uma curiosidade teórica em algo que você pode realmente ver em um colisor, o que é muito mais legal do que parece.