Equação de estado da matéria nuclear

Apresentação

Um problema importante na atual física de hádrons diz ao respeito da existência do plasma de quarks e gluons (PQG). A densidades de energia muito elevadas, a QCD prevê que a matéria hadrônica experimenta uma transição de fase para um estado de quarks e glúons deconfinados, abrindo uma janela para o estudo da física existente nos 10 primeiros microsegundos depois do Bing-Bang.

Mesmo se o PQG não tenha sido formado numa dada reação, é muito importante conhecer o comportamento da matéria sob grandes densidades e temperaturas, as quais podem ser atingidas nas reações com íons pesados. As propriedades da matéria nestas condições extremas governam também o comportamento de objetos astrofísicos, tais como supernovas e estrelas de nêutrons. Os estados intermediários de uma colisão podem envolver até 500 partículas, mesmo a baixas energias (100 A·MeV) num volume pequeno. Se a energia é aumentada, ao ponto que a criação de pares partícula-antipartícula seja possível (1000 A·GeV), o número de partículas numa reação pode crescer a vários milhares. Este sistema é, embora pequeno, grande o bastante para que a física estatística posa ser aplicada. Uma vez que a reação de íons pesados é um processo altamente dinâmico, podem ser estudadas propriedades de equilíbrio e de não equilíbrio da materia, embora não seja sempre fácil separar-los.

As propriedades termodinâmicas da matéria em equilíbrio estatístico são descritas por uma equação de estado (EDE). Existem três características interessantes das EDE para a matéria nuclear que estão sendo estudadas nos dias de hoje:

• a transição de fase de um líquido nuclear contínuo num vapor nuclear de fragmentos e núcleons, a chamada transição de fase líquido-gás nuclear, ou transição de multifragmentação
• a compressibilidade da matéria nuclear a densidades iguais e maiores que a densidade da matéria nos núcleos no seu estado fundamental, e, finalmente
• a transição de fase ao PQG mencionada acima.

Em reações de íons pesados novas partículas são produzidas também, com número e energias crescentes. Devido aos fenômenos coletivos de vários nucleons e devido também ao seu movimento na superfície de Fermi, partículas podem ser produzidas mesmo abaixo de seus limiares de produção, ou seja, numa região de energias muito baixas onde, numa colisão nucleon-nucleon livre, a produção não seria possível. A energias muito altas, se prediz também a produção de partículas exóticas, não conhecidas anteriormente, tais como os stranglets.

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