No programa de íons pesados LHC, os feixes de núcleos pesados ("íons") irá colidir com energias de até 30 vezes maior do que em experimentos de laboratório anterior. Nestas colisões de íons pesados, a matéria é aquecida a mais de 100.000 vezes a temperatura no centro do Sol, atingindo as condições que existiam no primeiros microssegundos após o Big Bang. O objetivo do programa de íons pesados no LHC é produzir este assunto na altas temperaturas e densidades nunca estudou em laboratório, e investigar suas propriedades em detalhe. Isto é esperado para liderar a base novos insights sobre a natureza da forte interação entre as partículas fundamentais.
A forte interação é a força fundamental que une as partículas elementares da Natureza, chamadas quarks, em objetos maiores, como prótons e nêutrons, que são eles próprios os blocos de construção dos elementos atômicos. Muito se sabe hoje sobre o mecanismo com o qual a força elementar transportadoras da interação forte, os glúons, quarks se unem para formar prótons e nêutrons. No entanto, dois aspectos da interação forte continuam a ser particularmente intrigante.
Primeiro, nenhum quark nunca foi observado de forma isolada: os quarks e os glúons parecia estar confinado permanentemente dentro partículas compostas, tais como prótons e nêutrons. Em segundo lugar, prótons e nêutrons contêm três quarks, mas a massa destes quarks três contas para apenas um por cento da massa total de um próton ou nêutron. Assim, embora o mecanismo de Higgs pode dar origem às massas dos quarks individuais, não pode ser responsável por maior parte da massa da matéria ordinária.
A atual teoria das interações forte, chamada de cromodinâmica quântica, prevê que a altas temperaturas, os quarks e os glúons são desconfinados e podem existir livremente em um novo estado da matéria conhecido como plasma de quarks-glúons. Teoria também prevê que à mesma temperatura, o mecanismo que é responsável por dar partículas compostas mais de sua massa deixa de agir.
No programa de íons pesados LHC, três experimentos - ALICE, ATLAS e CMS - ter como objectivo produzir e estudar essa fase, de extrema alta temperatura da matéria e fornecer acesso novela para a questão de como a maioria da massa da matéria visível no Universo foi gerada em os primeiros microssegundos após o Big Bang.
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