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Matéria nuclear é um estado da matéria que consiste de prótons e nêutrons, comprimidos ao ponto deles formarem uma gás degenerado de Fermi.

Ocorrência natural

Aglomerados macroscópicos de matéria nuclear em equilíbrio termodinâmico tendem a ser eletricamente neutros, e contém principalmente nêutrons com alguma mistura adicional de prótons e elétrons. Uma estrela de nêutrons é uma grande aglomerado gravitacionalmente limitado de matéria nuclear eletricamente neutra, na qual a pressão vai de zero (na superfície) até um valor desconhecido no centro. Uma idealização comum é a matéria nuclear simétrica, a qual consiste de igual número de prótons e nêutrons, sem elétrons. Núcleos atômicos são aglomerados de aproximadamente simétrica matéria nuclear, ligados pela força nuclear forte (residual) a pressão zero.

Quando matéria nuclear é comprimida a suficientemente alta densidade, se espera, sobre as bases da liberdade assintótica da cromodinâmica quântica, que se tornará matéria quark, a qual é é um gás degenerado de Fermi de quarks.

Importância para física e a cosmologia

A física de íons pesados acelerados a velocidades relativísticas (parcelas significativas da velocidade da luz) tem como objetivo principal o estudo do comportamento da matéria nuclear em condições extremas de temperatura e pressão. Se espera que a matéria nuclear, ao ser extremamente comprimida ou aquecida, passe por transições de fase, gerando novos estados. Um dos estados teoricamente previstos para a matéria nuclear nestas condições é o chamado Plasma de Quarks e Glúons. Acredita-se que neste estado os quarks e glúons, constituintes mais elementares da matéria nuclear, não estariam mais confinados em hádrons, passando a formar um plasma de partículas livres.

Segundo a teoria cosmológica do Big Bang, esse seria uma das fases que o nosso Universo se apresentaria nos primeiros micro-segundos de sua existência.

Laboratorialmente, pode-se comprimir ou aquecer a matéria nuclear colidindo-se núcleos de elementos pesados, como o ouro ou o chumbo, a energias muitos altas (relativísticas), correspondentes as energias cinéticas a tais velocidades.

Tais pesquisas são de extrema importância para o entendimento da matéria nuclear, seus constituintes e a forma como eles interagem entre si (a chamada força nuclear forte). Elas devem trazer informações primordiais para a teoria da Cromodinâmica Quântica, que é a teoria fundamental que até o momento descreve melhor a interação forte.^[1]

Desenvolvimentos

Seções de matéria de neutrino e taxas de interação são estudadas nos núcleos em colapso de supernovas, e muito provavelmente, para o mecanismo de explosão destes corpos celestes e o estudo do comportamento da matéria próton-nêutron implica como tais resíduos (núcleos) esfriam.^[2]

Novas formas de matéria nuclear tem sido descobertas no CERN em experimentos a alta energia de íons de chumbo (160 GeV/núcleon, vezes 208 núcleons, para um total de energia de aproximadamente 33 TeV) com colisões em alvos fixos de átomos chumbo ou ouro.^[3]

São investigados coeficientes de simetria de energia de matéria nuclear assimétrica como o inverso de matéria nuclear polarizada.^[4]

Estuda-se as fases da matéria nuclear e as alterações no comportamento do gás ideal sob o qual são modelados em comportamento.^[5]

Estuda-se as implicações das interações próton-nêutron em matérias nucleares frias, tais como possíveis em estrelas de nêutrons.^[6]

Estuda-se o comportamento da matéria nuclear a partir da multifragmentação de dados da ISiS e EOS pelo formalismo de Fisher, modificado em acordo a energia de Coulomb procurando determinar os expoentes críticos, o coeficiente de energia de superfície, a curva de coexistência de matéria nuclear finita e a localização do ponto crítico.^[7]

Discutem-se formas "exóticas" de matéria nuclear, como matéria hiperiônica, condensados "kaon" e matéria quark.^[8] (em inglês)