Pesquisa

 
     O HEPIC (High Energy Physics Instrumentation Center) é um dos grupos responsáveis pela pesquisa em Física Nuclear Experimental no Instituto de Física da USP. Seu foco está em estudar os diferentes aspectos da Cromodinâmica Quântica* (QCD, do termo em Inglês, Quantum Chromodynamics), teoria desenvolvida durante os anos 1970 que descreve as interações fortes, força que mantém as partículas elementares ligadas dentro dos hádrons, e prótons e nêutrons presos dentro dos núcleos atômicos. 
     Em especial, o grupo preocupa-se em compreender as propriedades do chamado Plasma de Quarks e Glúons (QGP, da sigla em Inglês, Quark-Gluon Plasma), estado da matéria onde os quarks e glúons, constituintes dos prótons e nêutrons, deixam de estar confinados e as interações entre as partículas tornam-se mais complexas.
     A observação e caracterização desse plasma, além de ter importância para o entendimento detalhado das interações fortes, são também fundamentais do ponto de vista cosmológico. Acredita-se que o Universo encontrava-se em um estado similar a esse poucos instantes após o Big-Bang. Nesse caso, a investigação desse estado da matéria permite compreender mais detalhadamente a evolução do Universo primordial, sua expansão e hadronização. 
 
 
Diagrama de fases da matéria nuclear.
 
     A investigação experimental da existência e caracterização desse estado da matéria é foco de grandes aceleradores de íons-pesados a energias relativísticas, tais como o RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), nos EUA, e o LHC (Large Hadron Collider), na Suíça. Com esses instrumentos, é possível aquecer ou comprimir a matéria nuclear colidindo-se núcleos de elementos pesados, como o ouro ou o chumbo, a energias muito altas, criando as condições extremas necessárias para a análise dos estados mais complexos da matéria nuclear, como o QGP.
 
 
Esquema da evolução de uma colisão entre íons relativísticos.
 
     Nesta seção, você terá acesso às pesquisa feitas pelo grupo relacionadas à Cromodinâmica Quântica, assim como todo o desenvolvimento instrumental e computacional realizado para investigar as particularidades desta teoria. 
 
     *Cromodinâmica Quântica
 
     A QCD provê as bases necessárias para a descrição dos hádrons em termos de seus constituintes fundamentais, os quarks. A interação entre esses quarks se dá através de glúons, que também interagem entre si. Essa teoria vem se mostrando bastante competente em descrever uma grande variedade de fenômenos físicos, desde as propriedades mais básicas acerca da estrutura dos núcleos atômicos como encontrados na Natureza, até situações em condições extremas, como a dinâmica no interior de estrelas de nêutrons ou as colisões entre partículas elementares, sejam elas na atmosfera (raios cósmicos) ou em grandes aceleradores de partículas.
     Duas características interessantes da QCD, que surgem por conta das propriedades do grupo de simetria que a descreve, são a liberdade assintótica e o confinamento, ambas muito bem comprovadas experimentalmente. Contudo, pode-se prever também, com base nessa mesma teoria, que em situações extremas de temperatura e/ou densidade bariônica, o confinamento em hádrons não é mais uma característica necessária do meio. Nesse sentido, uma transição de fase para estados mais complexos da matéria ocorre. O estudo desses estados é extremamente importante para o entendimento completo da equação de estado da QCD e suas propriedades.