Marcelo Gameiro Munhoz.

Participação do IFUSP no evento Masterclasses do laboratório europeu CERN

Reflexões e desenvolvimento de material para visitas monitoradas ao acelerador Pelletron

a colaboração ALICE é o único exerimento do acelerador LHC (Large Hadron Collider) inteiramente dedicado ao estudo da colisão entre íons pesados a energias relativísiticas. Esse experimento deve abrir novas fronteiras no estudo do Plasma de Quarks e Gluons com energias de colisão nunca atingidas antes.

Segundo a Teoria do Big-Bang, logo após a "hadronização" de quarks e gluons, prótons e neutrons começam a interagir entre si, dando origem a núcleos de elementos leves. Esse processo de aglutinação de nucleons nos primeiros instantes de vida do Universo, logo após a transição de fase, é conhecido como nucleossíntese primordial. Na realidade, esse processo ainda acontece atualmente no Universo. Ele se processa no interior de estrelas, onde a temperatura permite que o processo de nucleossíntese ocorra. Uma dificuldade encontrada pelo modelo padrão do Big Bang é sua limitação em descrever a formação de elementos mais pesados (A = 12) devido a ausência de processos que resultem em núcleos com A=5 e 8. Entretanto, o modelo da Big Bang não-homogênea (Inhomogeneous Big Bang ou IBB) prevê a formação de núcleos mais pesados devido a não uniformidade na produção de prótons e nêutrons após a transição de fase quark-hádron. Se prótons e nêutrons foram criados em quantidades diferentes após a hadronização, uma produção considerável de núcleos mais pesados deve ter ocorrido através de reações envolvendo núcleos instáveis ricos em nêutrons. Portanto, dois aspectos do estudo da evolução do Universo se evidenciam nesse cenário. 
O estudo de reações envolvendo núcleos instáveis, principalmente aqueles ricos em neutrons, pode trazer importantes informações sobre a nucleossíntese primordial e teorias do Big Bang. Devido as baixas energias das reações envolvidas, métodos indiretos de medida se fazem necessários. Neste projeto, daremos ênfase à utilização da técnica chamada de "cavalo de tróia" com reações envolvendo, principalmente, a emissão de nêutrons e núcleos instáveis ricos em nêutrons. A instrumentação disponível no laboratório Pelletron nos coloca em posição privilegiada no cenário mundial para realizar essas medidas.

O Laboratório Pelletron vem desempenhando um importante papel dentro da Física Nuclear no Brasil, desde o início de operação há vinte e cinco anos. Neste período, contribuições significativas vem sendo dadas nas diversas áreas investigadas pelos grupos de pesquisa atuantes no laboratório, além da formação de pessoal. O laboratório dispõe de equipamentos sofisticados, os quais são de extrema importância quando se trata da obtenção de dados experimentais de qualidade e condições adequadas para a posterior análise dos mesmos. Embora as facilidades existentes propiciem boas condições de trabalho aos usuários internos e externos, não se pode deixar de pensar em manter o laboratório equipado de forma a poder sempre atuar num nível competitivo em termos do que há de mais atual em pesquisa em Física Nuclear no âmbito mundial. Um importante campo de pesquisa em física nuclear que ainda não é contemplado no laboratório, se refere a medida de nêutrons nos mais diversos estudos realizados no laboratório. A fim de preencher essa lacuna e propiciar essa importante ferramenta aos pesquisadores do laboratório, estamos construindo duas paredes de nêutrons, que são detetores de ampla cobertura angular e alta eficiência, que irão permitir medir a emissão de nêutrons de reações nucleares.

A física de Íons Pesados Relativísticos tem como objetivo estudar o comportamento da matéria nuclear em condições extremas de temperatura e densidade de energia (e > 1-3 GeV/fm3). O comportamento da matéria nuclear, em função da temperatura e densidade, é determinado pela equação de estado da matéria.A teoria da Cromodinâmica Quântica (QCD) prevê que em condições termodinâmicas extremas, as forças que mantêm os hádrons confinados podem ser sobrepujadas, resultando em uma transição de fase do estado da matéria hadrônica para um novo estado conhecido como o "Quark-Gluon-Plasma" (QGP). Acredita-se que tal estado da matéria tenha existido nos primeiros instantes após o "Big Bang" (por volta de 200 ms) e também possa ainda existir no centro de corpos celestes densos como as estrelas de nêutrons.Com o objetivo de estudar a formação do Plasma de Quarks e Glúons (QGP), um novo acelerador de partículas foi projetado, para promover a colisão de íons pesados a energias relativísticas. O RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) foi comissionado no ano de 1999 e colisões entre núcleos de ouro (Au197) a energias de até 100 GeV/nucleon foram proporcionadas pelo acelerador em meados de 2001. O experimento STAR, do qual faço parte, é um dos 4 experimentos do RHIC e tem como principal objetivo medir os canais hadrônicos da reação e obter uma correlação entre os vários parâmetros observáveis. Uma das principais assinaturas para a formação do QGP é a produção de hádrons estranhos. Este projeto se concentra em estudar a produção desses hádrons nos vários sistemas e energias medidas pelo RHIC.

No RHIC, a grande maioria das partículas produzidas é constituída de hádrons. O experimento STAR tem como objetivo medir os canais hadrônicos da reação e obter uma correlação entre os vários parâmetros observáveis. O TPC (Time Projection Chamber) e o SVT (Silicon Vertex Tracker) são dois importantes detetores componentes do STAR, que juntos têm a função de reconstruir a trajetória das partículas carregadas produzidas na reação. O SVT está instalado próximo ao ponto de colisão, na parte interna do detetor TPC. Aumentando o número de pontos das trajetórias medidas próximas a sua origem, ele irá melhorar consideravelmente tanto a resolução da determinação do vértice primário, como também a resolução do momento das partículas. Além disso, o fato de estar posicionado tão próximo ao ponto de interação permite o estudo de partículas de vida média curta e de baixo momento transversal, que constituem importantes canais da formação do QGP. O SVT é formado por 216 detetores tipo Silicon Drift Detector (SDD), montados em três camadas cilíndricas, concêntricas, centradas em torno do ponto de colisão dos feixes. 	Silicon Drift Detectors são detetores semicondutores capazes de fornecer a energia de ionização da partícula bem como a posição em que a partícula atravessou o detetor. 	Devido à grande complexidade da experiência, e por se tratar de uma nova tecnologia, a aquisição e análise dos dados do SVT envolvem muitas etapas e um avançado nível de programação computacional. Neste projeto, fui coordenador de todo o software "online" do detector e também sou coordenador do processo de calibração do detector.

O experimento E864 instalado no acelerador AGS de BNL, teve como objetivo estudar a formação de partículas raras, como os chamados strangelets. Neste projeto, fui responsável pela análise da possível formação de strangelets neutros. O resultado dessa análise estabeleceu limites de produção desses sistemas físicos. Também contribuí com a montagem e operação do calorímetro hadrônico da experiência, tendo sido responsável por toda calibração e análise do desempenho desse detetor.

Diversos estudos têm revelado que a estrutura dos núcleos pesados-leves, principalmente aqueles que são instáveis, exerce uma forte influência nos mecanismos de reação dos mesmos. A difusividade da superfície desses núcleos (que chegam a apresentar um halo de neutrons, como o 11Li), assim como a baixa energia de ligação dos mesmos são algumas das características desses núcleos que parecem exercer forte influência sobre mecanismos de reação, como a fusão nuclear. O estudo dessa correlação entre aspectos da estrutura do núcleo e os mecanismos de reação, pode trazer importantes resultados com consequências nas mais diversas áreas, inclusive a astrofísica nuclear. Nos últimos anos, uma forte controvérsia surgiu na literatura a respeito de previsões teóricas do efeito da quebra nuclear na seção de choque de fusão de núcleos pouco-ligados. Inicialmente, sugeriu-se um aumento considerável na seção de choque de fusão de núcleos que apresentam um halo de nêutrons, como o 11Li. Entretanto, essa previsão foi contestada sugerindo-se que o processo de quebra nuclear deve competir fortemente com a fusão nuclear, diminuindo o valor da seção de choque para esse processo. Em resposta, sugeriu-se que a baixa energia de ligação dos núcleos envolvidos na reação deve aumentar a probabilidade de ocorrência da fusão incompleta, porém, a seção de choque da fusão completa deve aumentar. Devido às dificuldades experimentais em se produzir núcleos radioativos, um caminho natural para se estudar a influência de aspectos estruturais nos mecanismos de reação é a utilização de núcleos estáveis, mas que apresentam características próximas àquelas dos núcleos radioativos. Em particular, para o estudo da influência da quebra nuclear sobre a fusão nuclear, núcleos estáveis, porém pouco-ligados, como o 6Li, o 7Li e o 9Be podem ser utilizados.