Mecânica quântica, Notícia, Partículas subatômicas

Quarks charm nos prótons

Um novo estudo sugere que existem partículas subatômicas chamadas de quarks charm dentro dos prótons.

O próton, uma das 3 partículas que constituem o átomo, contém 3 quarks: 2 quarks up e 1 quark down. Estes são ligados pela força nuclear forte, que mantém prótons e nêutrons estáveis.

quark nos prótons
Fonte: Genius.

Fonte: ScienceNews (Traduzido para o Português)

Os físicos especularam por décadas que os prótons também podem armazenar quarks mais pesados, chamados de charm. Uma nova análise apoia esta ideia, relataram em 18 de Agosto na Nature.

Os quark charms são muito mais pesados do que os quarks up e down. Tão pesados que você pode ter um componente mais pesado que o próprio próton, disse Juan Rojo, da Universidade Livre de Amsterdam.

Rojo e seus colegas combinaram uma variedade de resultados experimentais e cálculos teóricos, na esperança de descobrir o charm hipotético do próton. Medir esta característica é a chave para entender completamente uma das partículas mais importantes do universo, segundo Rojo.

Os físicos sabem, que quanto mais profundamente você sonda um próton, mais complicado parece. Quando observado em altas energias, como colisões em aceleradores de partículas como o LHC, os prótons contêm um grupo heterogêneo de quarks transitórios e suas contrapartes de antimatéria, os antiquarks. Tais quarks “extrínsecos” são criados quando os glúons, partículas que unem os quarks dentro dos prótons, são divididos em pares quark e antiquark.

Quarks extrínsecos não são fundamentais à identidade do próton. Simplesmente são o resultado de como os glúons se comportam a altas energias. Mas os quarks charm podem existir dentro de prótons a baixas energias, em uma forma mais persistente e profunda.

Em física quântica, as partículas não ficam em um estado definido até serem medidas. Em vez disto, são descritas por probabilidades. Se os prótons contêm um charm intrínseco, há uma pequena probabilidade de encontrar dentro de um próton não apenas 2 quarks up e 1 down, mas um quark charm e um antiquark. Como prótons não são coleções bem definidas de partículas, a massa de um próton não é a soma das suas partes. A pequena probabilidade significa que a massa total do charm e do antiquark não é adicionada ao peso do próton, explicando como o próton pode conter partículas mais pesadas que ele mesmo.

Usando milhares de medições dos experimentos do LHC e de outros aceleradores de partículas, combinados com cálculos teóricos, a equipe encontrou evidências de um charm intrínseco no próton em um nível estatístico chamado de 3 sigma. Os quarks charm intrínsecos carregam aproximadamente 0,6% do momento do próton, relatam os pesquisadores.

Mas 5 sigma é tipicamente exigido para um resultado conclusivo. “Os dados e a análise não são suficientes … para ir da “evidência de” para a “descoberta do”, disse Ramona Vogt, física teórica do Laboratório Nacional Lawrence Livermore na Califórnia, quem escreveu um artigo de perspectiva sobre o estudo na Nature.

Notavelmente, a nova análise incorporou resultados da colaboração com o LHCb, que relatou medidas potencialmente consistentes com o charm intrínseco no próton em 25 de Fevereiro, na Physical Review Letters. Incluindo os dados na análise que são realmente novos, disse o físico teórico C. P. Yuan, da Universidade Estadual de Michigan em East Lansing. Mas Yuan tem reservas sobre o tipo de cálculo usado para interpretar dados. “Não é feito no que chamamos de análise no estado-da-arte”.

Cientistas precisam definir o conteúdo do charm intrínseco do próton, para melhor entender os resultados no LHC e em outras instalações que colidem prótons e observar o que acontece. Os pesquisadores precisam ser capazes de avaliar os detalhes dos objetos que estão colidindo.   

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