Singularidade triangular pode ter sido observada pela primeira vez

Singularidade triangular pode ter sido observada pela primeira vez

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 13 de Setembro de 2021 às 09h30
Kai Fu/Wu Lab/Princeton University

Em 2015, durante experimentos no CERN, o maior acelerador de partículas do mundo, uma equipe de físicos testemunhou um evento que parecia uma configuração rara de partículas, conhecida como tetraquark. Entretanto, um novo estudo sugere que aquelas partículas eram algo ainda mais estranho — uma singularidade triangular, na qual duas partículas trocam de identidades.

Estudando a força forte

Representação da força forte, que através dos glúons "gruda" quarks para formar prótons e nêutrons (Imagem: Reprodução/Lawrence Livermore National Laboratory)

O experimento no acelerador de partículas tinha como objetivo estudar a força forte, que através dos glúons “segura” os quarks que formam os prótons e os nêutrons. Embora essa força tenha um trabalho simples — manter prótons e nêutrons “colados” —, trata-se de uma interação bastante complexa e ainda não totalmente compreendida.

Para compreender melhor a força forte, os cientistas esmagam partículas no acelerador e observam o acontece. Ao contrário das demais forças fundamentais, a força forte fica cada vez mais forte à medida que alguém afasta os quarks “grudados” por ela. Por isso, quando a força forte é finalmente rompida, as partículas liberam uma grande quantidade de energia. Pense nisso como um elástico que você estica até o limite — quando finalmente arrebenta, as partes se contraem, cheias de energia, provavelmente machucando sua mão.

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Essa energia, por sua vez, é convertida espontaneamente em novas partículas, seguindo a equação de Einstein E=mc², algo muito interessante para os cientistas observarem. Só em 2015, os físicos analisaram 50 milhões dessas colisões e, em dado momento, encontraram um sinal intrigante: em menos de 1% das vezes, uma partícula inesperada de quark apareceu.

O experimento foi realizado com píons, uma partícula feita de um quark e um antiquark. Quando o novo sinal apareceu, os cientistas achavam se tratar de um novo agrupamento de quatro quarks, ou seja, um tetraquark. Seja o que fosse, era instável e decaía em outras coisas. Acontece que os quarks costumam aparecer em grupos de três (que nos dá prótons e nêutrons) ou em duplas (formando píons). Um grupo com quatro deles é algo raro.

Singularidade triangular

Uma tabela que descreve as propriedades das partículas, segundo o Modelo Padrão (Imagem: Reprodução/MissMJ/Wikimedia Commons)

De acordo com o novo estudo, todas aquelas colisões de píons que produziam uma nova partícula era, na verdade, algo ainda mais inesperado. Na verdade, a singularidade do triângulo é uma ideia proposta pela primeira vez pelo físico russo Lev Landau, na década de 1950, nunca observado desde então.

Quando o píon se quebra no acelerador de partículas (que, na verdade, faz as partículas colidirem umas com as outras quase à velocidade da luz), toda a energia da força forte rompida produz uma boa quantidade de novas partículas, como os kaons — outro tipo de dupla quark-antiquark. Quando dois kaons são produzidos, eles podem começar a viajar em caminhos separados, até que ambos decaem em outras partículas mais estáveis. Mas antes disso, eles trocam um de seus quarks entre si.

Essa troca é o que os cientistas chamam casualmente de “troca de identidade”, porque as partículas — nesse caso, os kaons — se transformam no processo. É essa rápida troca que imita o sinal de um tetraquark, mas não há dois pares de quarks. O que acontece é que dois quarks trocaram de “casa”. Se você desenhar os caminhos dos dois kaons individuais após a colisão inicial, eles formarão duas pernas, enquanto os quarks trocados formam uma terceira linha conectando-as. O resultado é um triângulo, daí o nome “singularidade triangular.

Os cientistas ainda precisam de novos experimentos para saber se esse fenômeno é realmente uma singularidade triangular, ou um tetraquark, já que ambas as hipóteses explicam bem a observação de 2015. O estudo foi publicado na revista Physical Review Letters.

Fonte: Universidade de Bonn, Space.com

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