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A Cromodinâmica Quântica (QCD, do termo em Inglês, Quantum Chromodynamics), desenvolvida durante os anos 1970, é a principal teoria desenvolvida para descrever a interação forte. Essa teoria 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. A QCD vem se mostrando bastante competente em descrever uma grande variedade de fenômenos físicos, desde propriedades mais básicas acerca da estrutura dos núcleos como encontrados na Natureza até situações em condições extremas, como a dinâmica no interior de estrelas de nêutrons ou 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. Essas características são 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.

Diagrama de fases da matéria nuclear.

Em especial, em situações onde a densidade bariônica é baixa e a temperatura elevada, espera-se que a transição de fase forme um estado não-confinado de quarks e glúons denominado Plasma de Quarks e Glúons (QGP, da sigla em Inglês, Quark-Gluon Plasma). A observação e caracterização desse plasma, além de ter importância para o entendimento detalhado das interações fortes, é também muito importante 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 observação e investigação desse estado da matéria permite compreender mais detalhadamente a evolução do Universo primordial, sua expansão e hadronização. 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 LHC (Large Hadron Collider), na Suíça. Consegue-se aquecer ou comprimir a matéria nuclear colidindo-se núcleos de elementos pesados, como o ouro ou o chumbo, a energias muitos altas (relativísticas).

 

Esquema da evolução de uma colisão entre íons relativísticos.

Esse estudo é de extrema importância para o entendimento da matéteria nuclear, seus constituintes e a forma como eles interagem entre si (a chamada força forte). Ele deve trazer informações cruciais sobre a teoria mais fundamental e que descreve melhor a interação forte, que é a Cromodinâmica Quântica.