Exóticas partículas X são detectadas pelo LHC

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/01/2022

A partícula X está na base da imagem, à esquerda.
[Imagem: CERN]

Partículas X

Nos primeiros milionésimos de segundo após o Big Bang, o Universo era um plasma turbulento superquente de quarks e glúons, partículas elementares que se aglomeraram brevemente em inúmeras combinações, antes de esfriar e se estabelecer em configurações mais estáveis, para formar os nêutrons e prótons da matéria comum.

No caos antes do resfriamento, uma fração desses quarks e glúons colidiu aleatoriamente para formar "partículas X" de vida muito curta, assim chamadas por suas estruturas misteriosas e desconhecidas, mas previsíveis pela teoria.

No Universo de hoje, partículas X são extremamente raras, embora os físicos tenham teorizado que elas podem ser criadas em aceleradores de partículas através da coalescência de quarks, onde colisões de alta energia podem gerar plasmas de quark-glúon de curtíssima duração.

Agora, físicos encontraram evidências de partículas X no plasma de quarks e glúons produzido no LHC, o Grande Colisor de Hádrons do CERN. Os sinais foram obtidos pela Colaboração CMS, uma equipe internacional de físicos que opera e coleta dados do Compact Muon Solenoid, um dos grandes detectores de partículas do LHC.

A equipe usou técnicas de aprendizado de máquina para filtrar mais de 13 bilhões de colisões de íons pesados, cada uma das quais produziu dezenas de milhares de partículas.

Em meio a essa sopa de partículas ultradensa e de alta energia, os pesquisadores conseguiram identificar cerca de 100 partículas X, de um tipo conhecido como X (3872) - o número refere-se à massa estimada da partícula.

"Este é apenas o começo da história," disse Yen-Jie Lee, do MIT, membro da equipe. "Mostramos que podemos encontrar um sinal. Nos próximos anos queremos usar o plasma quark-glúon para sondar a estrutura interna da partícula X, o que pode mudar nossa visão de que tipo de material o Universo deve produzir."

Moléculas sem átomos

Os blocos básicos de construção da matéria são o nêutron e o próton, cada um dos quais é feito de três quarks fortemente ligados.

Só recentemente os físicos começaram a ver sinais dos mais exóticos "tetraquarks", partículas feitas de uma rara combinação de quatro quarks.

Eles suspeitam que o X (3872) seja um tetraquark compacto, ou um tipo inteiramente novo de molécula, feita não de átomos, mas de dois mésons fracamente ligados - partículas subatômicas que formadas por dois quarks.

Os hádrons X (3872) foram descobertos em 2003 pelo experimento Belle, um colisor de partículas no Japão que colide elétrons e antielétrons (pósitrons) de alta energia.

Dentro desse ambiente, no entanto, as partículas raras decaem muito rapidamente para que sua estrutura possa examinada em detalhes. Tem sido levantada a hipótese de que a X (3872) e outras partículas exóticas podem ser melhor estudadas no plasma de quarks e glúons.

Sua detecção, feita agora, é um primeiro passo para que elas possam ser estudadas nessa sopa primordial.

Os pesquisadores amplificaram os sinais e procuraram picos em uma massa específica, indicando a presença de partículas X72 (3872). Eles encontraram cerca de 100 no total.

"É quase impensável que possamos extrair essas 100 partículas desse enorme conjunto de dados," disse Lee.

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