Partícula exótica nunca vista antes é descoberta no CERN

(dr) CERN

Cientistas trabalhando no Grande Colisor de Hádrons (LHC) observaram uma partícula exótica composta de quatro quarks charm. Essa é provavelmente a primeira descoberta de uma classe de partículas jamais observada pelos físicos.

O quark é uma partícula elementar e um dos “componentes” fundamentais da matéria. Existem seis “tipos”de quark: up, down, strange, charm, bottom e top. Esses tipos se combinam para formar partículas chamadas de hádrons. As mais estáveis conhecidas são os prótons e os nêutrons, que por sua vez são os principais elementos dos núcleos atômicos.

A nova descoberta deve ajudar os físicos a compreenderem melhor as formas complexas de combinação dos quarks. Tipicamente, dois ou três quarks se juntam para formar hádrons, mas os cientistas já previam há décadas a presença de “tetraquarks” ou “pentaquarks”, ou seja, hádrons formados de quatro ou cinco quarks.

Alguns experimentos no LHC, como este mais recente, têm corroborado a existência de tais partículas exóticas.

A equipe de pesquisa se deparou com o novo tetraquark usando uma técnica de busca que destaca um excesso de eventos de colisão no meio de diversos eventos mais “calmos”.

Examinando os conjuntos de dados completos de duas rodadas de execução do LHCb (a colaboração LHCb é um dos experimentos sendo realizados no LHC), ocorridas de 2009 a 2013 e de 2015 a 2018, respectivamente, os cientistas detectaram a estranha partícula, com uma massa correspondente ao previsto para as compostas por quatro quarks charm.

O achado apresentou uma significância estatística de mais de cinco desvios padrão, o limite comumente utilizado para reivindicar a descoberta de uma nova partícula.

Novos e empolgantes horizontes

Uma partícula feita de quatro quarks é, como acabamos de ver, algo bastante exótico por si só. Mas o novo estudo tem um diferencial: essa é a primeira vez que os cientistas detectam uma partícula composta de quatro quarks pesados do mesmo tipo, especificamente dois quarks charm e dois antiquarks charm (a antipartícula do quark charm).

“Até agora, o LHCb e outros experimentos haviam observado apenas tetraquarks com dois quarks pesados no máximo, e nenhum com mais de dois quarks do mesmo tipo”, explicou o ex-porta-voz da colaboração do LHCb, Giovanni Passaleva.

A nova partícula representa um “laboratório ideal” para estudar uma das forças fundamentais da natureza, a interação forte. Essa força é a que liga prótons, nêutrons e os núcleos atômicos que compõem a matéria.

Segundo os pesquisadores, um conhecimento detalhado dessa interação é essencial para determinar se processos inesperados são sinais de uma física nova, ou apenas da física padrão.

Próximos passos

Da mesma forma que descobertas anteriores de tetraquarks, os cientistas não têm certeza se a nova partícula é um tetraquark “verdadeiro” – um sistema de quatro quarks fortemente ligados – ou “falso”, ou seja, um par de partículas compostas de dois quarks fracamente ligado em uma estrutura semelhante a uma molécula.

Seja como for, a descoberta irá auxiliar os físicos a testarem modelos de cromodinâmica quântica, a teoria da interação forte.

Você pode ler o artigo sobre o achado (em inglês) no servidor arXiv.

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