Artigo | Causality violations in simulations of large and small heavy-ion collisions
Dos autores Renata Krupczak, Tiago Nunes da Silva, Thiago S. Domingues, Matthew Luzum, Gabriel S. Denicol, Fernando G. Gardim, Andre V. Giannini, Mauricio N. Ferreira, Mauricio Hippert, Jorge Noronha, David D. Chinellato, and Jun Takahashi (The ExTrEMe Collaboration)
Em Physical Review C, vol. 109, 034908.
Com informações do mestrando Thiago Siqueira Domingues.
__
Colisões de íons pesados relativísticos e violação de causalidade
As colisões de íons pesados relativísticos, como as de chumbo-chumbo (Pb-Pb) ou próton-chumbo (p-Pb), são fundamentais para o estudo do plasma de quarks e glúons (QGP). Este estado da matéria nuclear é alcançado em condições extremas de temperatura e densidade, recriadas em aceleradores de partículas como o LHC (Large Hadron Collider) e o RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider). Determinar as propriedades fundamentais do QGP, como a sua baixa viscosidade que o caracteriza como um líquido quase perfeito, é um dos objetivos dos programas destes aceleradores.
Para entender melhor a formação e as propriedades do plasma de quarks e glúons, utilizam-se modelos computacionais baseados na hidrodinâmica relativística viscosa. Essas simulações recriam a evolução espaço-temporal das colisões e combinam diferentes estágios com múltiplos processos físicos. Cada estágio possui parâmetros específicos que desejamos determinar, e ao final das simulações, os resultados são comparados com medidas experimentais dos aceleradores.
Embora esses modelos apresentem resultados coerentes com as observações experimentais, descobriu-se que algumas simulações podem violar a causalidade relativística. Isso significa que, em certas regiões, as perturbações no estado de equilíbrio do fluido nuclear se propagam mais rápido que a velocidade da luz. Essa violação ocorre nas próprias equações da hidrodinâmica relativística viscosa, indicando que a teoria pode não estar representando fielmente a dinâmica subjacente da Cromodinâmica Quântica (QCD), a teoria que descreve as interações entre quarks e glúons.
O objetivo do trabalho é entender melhor esse problema de violação de causalidade nas simulações e suas consequências. Os resultados mostram que a violação, embora presente, ocorre em uma pequena parte do sistema e pode ser reduzida com ajustes nos parâmetros da hidrodinâmica.
Embora não resolva completamente o problema da violação de causalidade, este trabalho destaca essa questão e propõe caminhos para modelos mais realísticos. A era de precisão na descrição hidrodinâmica do QGP exige simulações sem comportamentos acausais. Este estudo é um passo importante nessa direção, esperando inspirar futuras pesquisas e desenvolvimentos na área.
Esta pesquisa foi realizada pela colaboração Extreme (EXperiment and TheoRy in Extreme MattEr), composta por pesquisadores de instituições estaduais, como USP e UNICAMP, federais como UFSC, UFF, UFGD e UNIFal, e internacionais UIUC e CERN. O foco da colaboração é a fenomenologia de colisões de íons pesados em altas energias e a conexão entre desenvolvimentos teóricos e experimentais.
Para o público interessado, mas não especializado, essa pesquisa representa um avanço crucial na compreensão do universo em condições extremas, como nos primeiros microssegundos após o Big Bang, potencialmente abrindo portas para novas descobertas na física nuclear de altas energias.
