Partícula feita só de força nuclear pode ter sido detectada

Uma nova partícula pode ter sido encontrada por cientistas, preenchendo uma lacuna importante no Modelo Padrão. Prevista há algum tempo, a chamada “glueball” teria sido detectada no Beijing Spectrometer III, um acelerador de partículas na China. Mas o que é a glueball e por que é tão importante?

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Boa parte da matéria visível do universo é composta principalmente por quarks, partículas fundamentais (ou seja, indivisíveis) que formam os hádrons — uma “família” de partículas que inclui prótons, nêutrons e píons.

Além dos hádrons, os elétrons ajudam a formar a matéria ao se unirem a prótons e nêutrons. No entanto, elétrons, assim como neutrinos, fazem parte de outra “família”, os léptons.

Também precisamos lembrar que os hádrons são subdivididos em mésons (píon) e bárions (próton e nêutron). Para formar um hádron, é necessário “colar” dois ou três quarks por meio de uma partícula chamada glúon, mediadora da força forte.

Na teoria, não existem quarks livres, ou seja, todos estão confinados em hádrons devido à força forte. Por outro lado, deveria existir várias maneiras de combinar os “sabores” de quarks: top (t), bottom (b), charm (c), strange (s), up (u) e down (d), e suas respectivas antipartículas.

Por exemplo, o próton é composto por dois quarks up e um quark down, enquanto o nêutron é formado por um quark up dois quarks down. Já o píon é feito de um quark e um antiquark. Lembrando, claro, que todos esses quarks são “colados” por glúons.

Há partículas compostas por outras combinações de quarks, mas a teoria prevê que poderia haver uma partícula formada apenas por glúons: as glueballs, ou “bolas de cola”. O nome vem justamente da analogia dos glúons exercendo a função de colar os quarks.

Glueballs nunca foram tema de grandes debates porque, além de nunca terem sido detectadas, suas propriedades eram extremamente complexas de se calcular. Isso mudou recentemente com o advento dos supercomputadores e de técnicas refinadas; nesse caso, o Lattice QCD.

Isso levou os cientistas a previsões das propriedades de uma glueball em seu estado mais leve: não teria carga elétrica, seu spin seria 0 e sua massa estaria 2,3 e 2,6 GeV/c². Para encontrar algo assim, os pesquisadores deveriam criar uma partícula composta cujo decaimento produza muitos glúons e hádrons.

Um dos candidatos para esse experimento é a partícula J/ψ (Psi) que, ao decair, apresenta cerca de 26% de chance de resultar em um fóton, cerca de 64% de chance de decair em três glúons, e cerca de 9% de chance de decair em um fóton e dois glúons.

Todos esses resultados são comuns e conhecidos, mas as expectativas são de que uma glueball seja produzida se a J/ψ decair em um fóton, uma partícula η′ e um par de kaons ou um par de píons.

O colisor elétron-pósitron Beijing Spectrometer III (BES III), que entrou em operação em 2008, já registrou mais de 10 bilhões de eventos formando partículas J/ψ, na tentativa de encontrar eventos raros de decaimentos.

Algumas descobertas foram feitas, como a classe de partículas conhecidas como mésons XYZ, que incluem estados exóticos como tetraquarks (partículas formadas por quatro quarks).

Agora, foi anunciada uma evidência definitiva de uma nova partícula chamada X(2370), que possui todas as propriedades previstas para as glueballs. Os autores da pesquisa afirmam ter atingido 11,7 sigma, ou seja, a probabilidade da detecção ter sido um falso positivo é de 0,00006%.

Isso ainda não significa que a partícula de fato existe, mas que a evidência de ter sido detectada é muito forte. Mais investigações serão necessárias para determinar a natureza da partícula detectada e, se confirmada, a glueball pode trazer ainda mais descobertas para o Modelo Padrão.

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Physical Review Letters.

Fonte: Physical Review Letters, Starts With a Bang