Físicos sugerem existência de um novo tipo de matéria

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/10/2022

As partículas exóticas detectadas pelo LHC indicam a existência de um novo tipo de matéria.
[Imagem: CERN]

Pentaquarks

Em 2015, o detector LHCb, um dos grandes detectores do Grande Colisor de Hádrons (LHC), detectou sinais de uma nova classe de partículas exóticas, formadas por cinco quarks (pentaquarks).

O experimento examinou uma partícula pesada, chamada lambda_b (Λb), que decai em partículas mais leves, incluindo o familiar próton e o menos conhecido J/psi, descoberto em 1974.

Os lambda b decaíram em três partículas, um J-psi, um próton e um káon. A descoberta consistiu em detectar estados intermediários durante esse decaimento, sendo essas partículas intermediárias batizadas de Pc(4450)+ e Pc(4380)+. A primeira é claramente visível como um pico nos dados, enquanto a segunda é necessária para descrever os dados completamente.

Interpretações

Agora, Tim Burns (Universidade Swansea, no País de Gales) e Eric Swanson (Universidade de Pittsburgh, nos EUA), afirmam que os dados do LHC só podem ser compreendidos se existir um novo tipo de matéria ainda não descrito.

A maior parte da massa observável do Universo vem de partículas chamadas quarks, que se combinam para formar os prótons e os nêutrons e um bando de outras partículas que interagem muito mais fortemente do que os elétrons ou os neutrinos, que são partículas elementares (não formadas por partículas mais fundamentais).

Essas partículas que interagem fortemente são conhecidas coletivamente como hádrons, e são descritas por uma teoria chamada Cromodinâmica Quântica, ou teoria da força forte. Embora essa teoria esteja chegando ao seu 50º aniversário, tem sido notoriamente difícil discernir seu funcionamento interno.

"A Cromodinâmica Quântica é a criança-problema do Modelo Padrão," disse Swanson. "Aprender o que ela diz sobre os hádrons exige fazer os computadores mais rápidos do mundo rodarem por anos, dificultando a resposta às dezenas de perguntas que esse único experimento levanta".

A saída então é fazer experimentos com hádrons e tentar interpretar corretamente os resultados. É uma dessas interpretações que a dupla está sugerindo agora.

Os pentaquarks estão na base da nova matéria.
[Imagem: CERN]

Novo tipo de matéria

Até recentemente, todos os hádrons podiam ser entendidos como combinações de um quark e um antiquark, como o J/psi, ou combinações de três quarks, como o próton.

Apesar disso, há muito se suspeita que outras combinações de quarks são possíveis - o que equivale a novas formas de matéria.

Então, em 2004 veio a descoberta de uma partícula chamada X(3872), que parece ser uma combinação de dois quarks e dois antiquarks. Várias novidades têm surgido desde então, embora nenhuma delas possa ser definitivamente identificada como novas combinações exóticas de quarks.

Os dois físicos então juntaram todos esses resultados e elaboraram uma nova explicação consistente que abarca todos eles em um único quadro conceitual - essencialmente uma descrição teórica de um tipo de matéria que ainda não sabemos como é.

"Temos um modelo que explica os dados lindamente e, pela primeira vez, incorpora todas as restrições experimentais," disse Burns.

A teoria levanta a possibilidade de que possam existir outros pentaquarks e que toda uma nova classe de matéria esteja prestes a ser descoberta.

E, melhor de tudo, o modelo indica que os pentaquarks estão bem no limiar para sua detecção por outros laboratórios, o que poderá comprovar a teoria e abrir o campo de pesquisas para descrever esse novo tipo de matéria, formada por pentaquarks.

"Realmente não há outra maneira de interpretar os dados - os estados pentaquark devem existir," disse Burns.

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