Por décadas, a regra para criar o plasma de quarks e glúons (QGP) — a sopa ultraquente de quarks e glúons livres que preencheu o universo em seus primeiros milionésimos de segundo — era simples: traga os maiores núcleos que você tiver. Chumbo, especificamente, que é mais de 200 vezes mais pesado que os prótons normalmente usados em experimentos do LHC. A suposição era de que somente esses pesos-pesados poderiam gerar a pressão e o calor tremendos necessários, temperaturas que excedem 100.000 vezes as do centro do Sol, onde prótons e nêutrons param de se manter unidos e se dissolvem em seus quarks e glúons constituintes.

Acontece que o universo pode ter sido mais econômico do que isso. Um ano após as primeiras colisões de oxigênio de todos os tempos no Grande Colisor de Hádrons (LHC), todas as suas quatro principais colaborações de pesquisa — ALICE, ATLAS, CMS e LHCb — relataram sinais de que essa forma primordial de matéria pode emergir quando núcleos de oxigênio e neônio colidem. Sim, oxigênio e neônio. O material leve. Os núcleos de troféu de participação.

Os resultados desafiam uma suposição de longa data sobre as forças enormes necessárias para criar uma substância tão extrema e oferecem aos cientistas uma nova maneira de investigar as condições que prevaleceram durante os primeiros momentos do universo.

Uma das maneiras mais claras de identificar o QGP é observar o que acontece quando quarks e glúons energéticos tentam atravessá-lo. À medida que essas partículas se movem através do material extremamente quente e denso, elas perdem parte de sua energia — um processo que os cientistas chamam de perda de energia de pártons, e uma pista útil de que o QGP se formou. A colaboração ATLAS detectou claramente esse efeito estudando pares de jatos de partículas — fluxos concentrados de partículas produzidos quando quarks e glúons energéticos emergem de uma colisão — gerados durante colisões oxigênio-oxigênio e neônio-neônio. Os pesquisadores observaram diferenças de energia entre os jatos emparelhados, indicando que algumas das partículas haviam perdido energia enquanto viajavam através do material circundante. O efeito foi especialmente pronunciado durante colisões mais diretas, frontais (centrais), que se espera criarem um volume maior de plasma, dando às partículas mais material para atravessar e causando maior perda de energia. Resultados preliminares do ATLAS corroboram isso: ao examinar partículas carregadas que recuam na direção oposta aos fótons, os pesquisadores encontraram uma relação semelhante entre perda de energia e quão centralmente os núcleos colidiram.

ALICE, CMS e LHCb procuraram o mesmo processo subjacente com uma abordagem diferente. Em vez de focar principalmente na energia dos jatos, eles examinaram como o plasma parece reduzir a produção de certas partículas energéticas. O CMS descobriu que a produção de partículas carregadas foi suprimida tanto em colisões oxigênio-oxigênio quanto em neônio-neônio em comparação com colisões próton-próton — consistente com partículas perdendo energia dentro do QGP, e evidência adicional de que o material exótico pode se formar em colisões envolvendo núcleos mais leves. O LHCb relatou outra pista importante em um estudo separado, investigando partículas contendo um quark charm e um quark mais leve e comparando quão fortemente sua produção foi suprimida em colisões de oxigênio e neônio. A supressão foi mais pronunciada nas colisões de neônio, mais pesado, precisamente o comportamento que os cientistas esperariam se colisões maiores produzissem volumes maiores de plasma, fazendo com que as partículas perdessem mais energia ao atravessá-lo.

A produção reduzida de partículas, no entanto, não prova necessariamente que a perda de energia seja responsável; outros processos físicos poderiam potencialmente produzir efeitos semelhantes. Então o ALICE comparou a produção de píons neutros, outro tipo de partícula subatômica, em colisões oxigênio-oxigênio e próton-oxigênio. A comparação forneceu evidência inequívoca de perda de energia de pártons em colisões oxigênio-oxigênio, fortalecendo o argumento de que mesmo colisões nucleares relativamente pequenas podem gerar condições associadas ao QGP.

Os pesquisadores também procuraram outro