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Pesquisadores Descobrem Um Novo Tipo de Tetraquark no CERN

A colaboração LHCb observou um tipo de partícula com quatro quarks nunca antes vista. A descoberta, apresentada num recente seminário do CERN e descrita em um artigo, é provavelmente a primeira de uma classe de partículas não descobertas.

A descoberta irá ajudar os cientistas a entenderem melhor os complexos caminhos que os quarks se combinam na composição de partículas, como os prótons e nêutrons que são encontrados dentro do núcleo atômico.

Os quarks normalmente se combinam em grupos de dois ou três para formar as partículas conhecidas como hadrons. Por décadas, contudo, os teóricos tinham previsto a existência de hadrons com 4 ou até 5 quarks, que são descritos como tetraquarks e como pentaquarks, e em experimentos realizados recentemente incluindo o LHCb, confirmaram a existência de alguns desses hadrons exóticos. Essas partículas são feitas de uma combinação incomum de quarks estão num laboratório ideal para estudar uma das quatro forças fundamentais conhecidas da natureza, as interações fortes que unem os prótons, nêutrons e núcleos atômicos para constituir a matéria. O conhecimento detalhado da interação forte é também essencial para se determinar se novos processos inesperados são sinais de uma nova física, ou da física tradicional, já conhecida.

As partículas feitas de quatro quarks já são exóticas, e essa que foi descoberta é a primeira feita de quatro quarks pesados do mesmo tipo, especialmente, dois quarks do tipo charm e dois antiquarks do tipo charm. Até então, o LHCb e outros experimentos só tinham observado tetraquarks com dois quarks pesados na maioria das vezes, e nenhuma dessas vezes com mais de dois quarks do mesmo tipo.

Essas partículas pesadas exóticas fornecem um caso teoricamente extremo e simples onde se podem testar modelos que podem ser usados para explicar a natureza das partículas ordinárias da matéria, como prótons e nêutrons. É muito animador ver esse tipo de partícula aparecer em colisões realizadas no LHC, pela primeira vez.

A equipe do LHCb encontrou o novo tetraquark usando uma técnica de busca de partícula, onde eles buscam por um excesso de eventos de colisão, conhecido como “bump”, que acontecem num pano de fundo repleto de eventos de colisão mais suaves. Procurando na base de dados do LHCb das duas primeiras rodadas do LHC de 2009 a 2013 e de 2015 a 2018, respectivamente, os pesquisadores detectaram um bump na distribuição de massa de um par de partículas, que consistia de charm quark e de um charm antiquark. O bump tem um significado estatístico de mais de 5 desvios padrões, esse é o limite para se confirmar a descoberta de uma nova partícula, e isso corresponde à massa de partículas compostas de quatro charm quarks.

Do mesmo modo que nas descobertas prévias do tetraquark, ainda não é completamente claro se essa nova partícula é na verdade um tetraquark, ou se é  um sistema de quatro quarks unidos, ou um part de dois quarks fracamente ligados numa estrutura parecida  com uma molécula. De qualquer modo, o novo tetraquark irá ajudar os teóricos a testarem modelos de cromodinâmica quântica, a teoria por trás da interação forte.

Fonte:

https://home.cern/news/news/physics/lhcb-discovers-new-type-tetraquark-cern

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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