Descobertas três novas partículas: Dois tetraquarks e um pentaquark

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/07/2022

Para o caso do pentaquark foram propostas várias interpretações para os dados, incluindo estados de pentaquark ou tetraquark fortemente ligados, bem como estados moleculares bário-méson ou méson-méson fracamente ligados.
[Imagem: CERN]

Tetraquarks e pentaquarks

O LHCb, um dos detectores do LHC (Grande Colisor de Hádrons) observou três partículas nunca antes vistas: Um novo tipo de pentaquark e o primeiro par de tetraquarks, incluindo um tetraquark desconhecido até agora.

As descobertas, embora preliminares - ainda não publicadas em periódicos revisados por outros físicos - adicionam três novos membros exóticos (veja abaixo o porquê do "exótico") à crescente lista de novos hádrons encontrados no LHC - a lista agora tem 66 membros. Eles ajudarão os físicos a entender melhor como os quarks se unem nessas partículas compostas.

O primeiro tipo de hádron exótico foi observado em uma análise de decaimentos de mésons B carregados negativamente. Trata-se de um pentaquark formado por um quark charme e um antiquark charme e um quark para cima, um para baixo e um estranho. É o primeiro pentaquark encontrado a conter um quark estranho (figura acima).

A segunda partícula é um tetraquark duplamente carregado eletricamente. É um tetraquark de charme aberto (sem o antiquark correspondente) composto de um quark charme, um antiquark estranho e um quark para cima e um antiquark para baixo, e foi localizado junto com sua contraparte neutra em uma análise conjunta de decaimentos de mésons B carregados positivamente e neutros (figura abaixo).

"Quanto mais análises realizamos, mais tipos de hádrons exóticos encontramos," disse Niels Tuning, coordenador da colaboração internacional LHCb. "Estamos testemunhando um período de descoberta semelhante à década de 1950, quando um 'zoológico de partículas' de hádrons começou a ser descoberto e, finalmente, levou ao modelo quark de hádrons convencionais na década de 1960. Estamos criando o 'zoológico de partículas 2.0'."

Catalogar essas partículas e separá-las por "espécies", contudo, não é um trabalho simples, podendo ser revisado no futuro.

Enquanto alguns modelos teóricos descrevem hádrons exóticos como unidades únicas de quarks fortemente ligados, outros modelos os consideram como pares de hádrons padrão fracamente ligados em uma estrutura semelhante a uma molécula. Só o tempo e mais estudos de hádrons exóticos dirão se essas partículas são uma, outra ou ambas.

Os dois novos tetraquarks, ilustrados como unidades de quarks fortemente ligados. Uma das partículas é composta por um quark charme, um antiquark estranho e um quark para cima e um antiquark para baixo (à esquerda), e a outra é composta por um quark charme, um antiquark estranho e um antiquark para cima e um quark para baixo (à direita).
[Imagem: CERN]

Por que partículas exóticas?

Quarks são partículas elementares e vêm em seis sabores: para cima, para baixo, charme, estranho, superior e inferior. Eles geralmente se combinam em grupos de dois e três para formar hádrons, como os prótons e nêutrons que compõem os núcleos atômicos.

Mais raramente, no entanto, eles também podem se combinar em partículas de quatro e cinco quarks, ou "tetraquarks" e "pentaquarks".

Esses são os chamados hádrons exóticos, previstos por teóricos ao mesmo tempo que os hádrons convencionais, cerca de seis décadas atrás, mas apenas recentemente, nos últimos 20 anos, eles começaram a ser observados pelo LHCb e outros experimentos.

A maioria dos hádrons exóticos descobertos até agora são tetraquarks ou pentaquarks contendo um quark charme e um antiquark charme, com os dois ou três quarks restantes sendo um quark para cima, para baixo ou estranho, ou seus antiquarks.

Mas, nos últimos dois anos, o LHCb descobriu diferentes tipos de hádrons exóticos, como um tetraquark composto de dois quarks charme e dois antiquarks charme, e dois tetraquarks charme-aberto, consistindo de um antiquark charme, um quark para cima, um quark para baixo e um antiquark estranho - charme-aberto significa que a partícula contém um quark charme sem um antiquark equivalente.

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