Tetraquark: CERNA
A colaboração do LHCb anunciou no CERN o descobrimento de uma nova exótica partícula: o tetraquark. Apesar do anúncio, o artigo científico elaborado ainda não foi revisado por pares para publicação, mas anunciado em um seminário. Ele alcança os parâmetros estatísticos para clamar a descoberta de uma nova partícula.
É um avanço notável para um trabalho que chega próximo dos vinte anos feito por laboratórios de física experimental pelo globo.
A grande importância da descoberta do tetraquark
Em 1964 a física de partículas estava passando por uma grande reviravolta. Dois cientistas, em locais opostos do mundo (Suíça e EUA) publicavam estudos independentes nos mesmos tópicos. E os dois trabalhos eram para a compreensão das partículas descobertas nas décadas anteriores.
Uma história interessante
George Zweig, da Caltech (EUA), e Murray Gell-Mann, do CERN (Suíça), descobriram a mesma resposta para compreender a multidão de partículas fundamentais que existiam no universo. A resposta era: e se todas essas partículas fossem feitas do mesmo elemento, assim como os átomos da tabela periódica são feitos de elétrons, nêutrons e prótons? Murray chamou estes elementos de “ases” e George de “quarks“, como ainda os chamamos hoje.
Os tipos de quarks e suas combinações
Desde lá já descobrimos que há seis quarks distintos: up, down, charm, strange, top, bottom. As mesmas partículas existem na antimatéria, no entanto com carga oposta. Uma partícula de antimatéria e outra de matéria que se unem (um quark e um antiquark), pelas regras da simetria, se chama de méson e três quarks unidos são bárions. Os nêutrons e prótons que conhecemos — e formam núcleos de átomos — são bárions.
A teoria que acabou de virar realidade
O experimento japonês KEK, em 2003, descobriu um méson novo nomeado X (3872) que exibia características exóticas muito distintas dos mésons usuais.O simples sistema classificatório criado descreveu perfeitamente a multidão de partículas descoberta até os anos 1960. Mas Murray percebeu no seu trabalho de 1964 que outras combinações dos quarks eram possíveis: dois antiquarks e dois quarks poderiam, por exemplo, formar um tetraquark e um antiquark com quatro quarks geram um pentaquark.
Inúmeras partículas exóticas foram observadas nos anos que seguiram e a única explicação plausível seria se eles fossem tetraquarks compostos de quatro quarks e não de dois. Em 2015 o LHCb, no CERN, encontrou pela primeira vez os pentaquarts compostos por cinco quarks.
Tanto os pentaquarks quanto os tetraquarks, todos, contém dois quarks charm, um tanto pesados e dois ou três quarks leves strange, down ou up. E essa é a combinação mais simples de ser descoberta em experimentos.
A peculiaridade deste novo tetraquark
A diferença é que o novo tetraquark, nomeado X (6900), é formado por quatro quarks charm. Ele foi gerado no LHC através da colisão de prótons altamente energéticos e observado no decaimento das bem conhecidas partículas J/psi mesons. Cada um dos prótons era composto de um quark e um antiquark charm. Isso é especialmente interessante: ele não é composto só de quarks pesados e também é feito de quatro quarks do mesmo tipo o que o torna singular para um experimento que leva a entendermos como quarks se unem.
O detector LHCb. Crédito: M. Brice, J. Ordan/CERN), CC BY-NC
No momento, há dois modelos distintos que são capazes explicar a maneira de quarks se unirem: talvez eles tenham uma forte ligação, o que gera um tetraquark compacto. Talvez os quarks sejam dispostos de maneira que formem dois mésons, que estão presos entre si de maneira sutil em uma “molécula”.
As moléculas são feitas de átomos unidos por força eletromagnética, que age entre núcleos positivos e elétrons negativos. Mas os quarks de um méson ou um bárion se ligam através de uma força distinta, a “força forte“. É absolutamente incrível que quarks e átomos, através de princípios extremamente distintos, sejam capazes de gerar complexos objetos muito similares.A partícula descoberta aparenta ser um tetraquark compacto ao invés de uma molécula com dois mésons, que costumou ser explicação mais pertinente para descobertas prévias. Essa peculiaridade vai permitir que os pesquisadores esmiucem esse mecanismo novo de ligação. Também quer dizer que deve haver outros tetraquarks pesados compactos.
Uma janela para o microcosmo
A força forte que age entre quarks se orienta por a regras extremamente complexas. Tão complexas, na realidade, que usualmente o único jeito de realizar cálculos sobre seus efeitos é através de aproximações e supercomputadores.
A índole peculiar do X (6900) vai nos ajudar a compreender como deixar tais aproximações mais precisas, para que, futuramente, sejamos capazes de esmiuçar novos mecanismos mais complicados da física que não ainda estão distantes de alcançarmos.
Ter encontrado esse novo tetraquark é um gigantesco progresso e dá indícios que podem haver inúmeras partículas exóticas esperando seu descobrimento.
[The Conversation]
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