Surpresa na Física: Próton pode ter seu próprio quark charme

Com informações da New Scientist - 23/08/2022

Impressão artística de um próton - as grandes esferas vermelhas são quarks para cima e a grande esfera azul um quark para baixo.
[Imagem: CERN]

Componentes do próton

Os livros didáticos afirmam que um próton, a partícula encontrada no coração de todos os átomos, contém três partículas menores - dois quarks para cima e um quark para baixo.

Mas uma nova análise dos dados de colisões de partículas, realizadas em vários colisores, encontrou fortes evidências de que o núcleo atômico também contém um quark charme, o que torna o próton um tetraquark.

Já se pensou que os átomos fossem indivisíveis, depois os cientistas passaram a crer que os prótons é que seriam indivisíveis; mas já nos anos 1960 ficou claro que cada próton contém três partículas menores, chamadas quarks. Os quarks vêm em seis tipos, ou sabores (para cima, para baixo, charme, estranho, superior e inferior), e o próton contém dois quarks para cima e um quark para baixo.

Mas na mecânica quântica a estrutura de uma partícula é governada por probabilidades, o que significa que, teoricamente, há uma chance de que outros quarks possam surgir dentro do próton na forma de pares matéria-antimatéria.

Mas ninguém havia conseguido demonstrar isto até agora de forma conclusiva.

Recentemente foram descobertas partículas formadas por quatro e cinco quarks.
[Imagem: CERN]

Prótons hipotéticos

Para tentar resolver o dilema, uma equipe internacional, conhecida como Colaboração NNPDF, começou desenvolvendo um sistema de aprendizado de máquina para chegar a estruturas hipotéticas de prótons consistindo de todos os diferentes sabores de quarks.

O aprendizado de máquina foi importante porque ele gerou modelos que os físicos não necessariamente pensariam por si mesmos, reduzindo a chance de medições tendenciosas.

A equipe então comparou seus modelos hipotéticos com mais de 500.000 colisões do mundo real, feitas ao longo de décadas em aceleradores de partículas, inclusive no LHC.

Os pesquisadores descobriram que, se o próton não contiver um par de quarks charme-anticharme, há apenas 0,3% de chance de chegar aos resultados que eles chegaram. Os físicos chamam isso de resultado "3 sigmas", que normalmente é visto como um sinal potencial de algo interessante.

Para ser considerada uma descoberta, contudo, será necessário levar os resultados para o nível de 5 sigmas, o que significa cerca de 1 em 3,5 milhões de chances de um resultado dever-se ao acaso.

A massa dos quarks foi confirmada por um cone morto no LHC.
[Imagem: CERN]

Confiança no charme

A equipe também analisou os resultados recentes do experimento LHCb Z-bóson e modelou a distribuição estatística do momento do próton com e sem um quark charme. Eles concluíram que o modelo combina melhor com os resultados se se assumir que o próton tenha um quark charme.

Isso significa que a equipe está mais confiante em propor a presença de um quark charme no próton do que o nível sigma por si só sugere. "O fato de estudos muito diferentes convergirem para o mesmo resultado nos deixou especialmente confiantes de que nossos resultados são sólidos," disse Juan Rojo, da Universidade Vrije de Amsterdã (Países Baixos).

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