Descoberta nova classe de partículas no LHC

Com informações do CERN e Nature - 14/07/2015

Possíveis arranjos dos quarks no pentaquark. Os cinco quarks podem ser firmemente ligados (à esquerda). Eles também podem ser montados em um méson (um quark e um antiquark) e um bárion (três quarks), fracamente ligados entre si.
[Imagem: Daniel Dominguez/CERN/LHCb Collaboration]

Pentaquark

Nem bem começou sua nova fase turbinada, o LHC acaba de confirmar a existência de uma nova classe de partículas, conhecidas como pentaquarks - partículas formadas por cinco quarks.

A partícula foi identificada pelo detector LHCb, o mesmo que havia descoberto duas novas partículas e um novo tipo de matéria em 2014 e um processo subatômico raro em 2015. A descoberta foi feita analisando dados de colisões ocorridas entre 2009 e 2012, portanto, antes do upgrade do LHC.

A nova partícula, de vida extremamente curta, contém dois quarks up, um quark down e um par de quark-antiquark charme, o que torna um pentaquark charmônio.

"O pentaquark não é apenas uma nova partícula qualquer," disse Guy Wilkinson, porta-voz da equipe que trabalha no LHCb. "Ela representa uma forma de agregar quarks, os constituintes fundamentais dos prótons e nêutrons, em um padrão que nunca foi observado antes em mais de cinquenta anos de pesquisas experimentais. Estudar suas propriedades pode nos permitir entender melhor como é constituída a matéria comum, os prótons e nêutrons dos quais todos somos feitos."

Funcionamento da ciência

Este anúncio formal, feito pelo porta-voz da equipe - "um padrão que nunca foi observado antes em mais de cinquenta anos de pesquisas experimentais" - vem coroar um dos mais curiosos episódios da ciência em bem mais do que cinquenta anos, um episódio que ilustra o processo de descobertas científicas e o funcionamento do mundo acadêmico.

Em 2003, físicos do síncrotron SPring-8, no Japão, anunciaram a descoberta experimental desta mesma partícula, um pentaquark, com uma massa 1,5 vez maior que a do próton.

A descoberta foi confirmada por cerca de dez outros laboratórios ao redor do mundo, mas muitos outros não detectaram a partícula. Em 2005, uma equipe do Acelerador Thomas Jefferson, nos Estados Unidos, afirmou ter comprovado experimentalmente a "impossibilidade da existência" do alegado pentaquark, e a descoberta da equipe japonesa foi taxada de "miragem".

As partículas aparecem como picos nos gráficos que descrevem os dados coletados durante as colisões no LHC.
[Imagem: LHCb Collaboration]

Em 2008, o pentaquark foi banido do registro oficial da física de partículas - uma publicação chamada Review of Particle Physics - com um artigo que caracterizou o pentaquark, não sem alguma ironia, como "um curioso episódio na história da ciência".

Mais curioso ainda agora que o pentaquark renasceu das cinzas, criado durante o decaimento de partículas chamadas bárions lambda B, com energias entre 4,38 e 4,45 giga-elétron-volts - isto é bem mais do que o apontado originalmente pela equipe do Spring-8, tornando o pentaquark de 4,67 a 4,74 mais pesado do que o próton.

União dos quarks

Segundo a física de partículas, os bárions, que incluem os prótons e os nêutrons, são compostos de três quarks. Outra categoria de partículas é constituída pelos mésons, formados de pares quark-antiquark. Apesar da longa controvérsia, este modelo não se opõe teoricamente à existência dos pentaquarks.

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.

O próximo passo será estudar como os quarks estão unidos dentro dos pentaquarks.

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