Transformação no zoológico de partículas

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Estudo conduzido pela Universidade de Bonn encontra evidências de um efeito há muito procurado nos dados do CERN

Um estudo internacional liderado pela Universidade de Bonn encontrou evidências de um efeito há muito procurado em dados de aceleradores. A chamada "singularidade do triângulo" descreve como as partículas podem mudar suas identidades trocando quarks, imitando assim uma nova partícula. O mecanismo também fornece novos insights sobre um mistério que há muito intrigava os físicos de partículas: prótons, nêutrons e muitas outras partículas são muito mais pesadas do que se poderia esperar. Isso se deve às peculiaridades da forte interação que mantém os quarks unidos. A singularidade do triângulo pode ajudar a entender melhor essas propriedades. A publicação agora está disponível na Physical Review Letters.

Representação da singularidade do triângulo: - A partícula a1 produzida na colisão decai em duas partículas K * e K-quer. Estes interagem entre si para produzir as duas partículas pi e f0.

Em seu estudo, os pesquisadores analisaram dados do experimento COMPASS na Organização Europeia para Pesquisa Nuclear CERN em Genebra. Lá, certas partículas chamadas píons são levadas a velocidades extremamente altas e disparadas contra átomos de hidrogênio.

Os píons consistem em dois blocos de construção, um quark e um anti-quark. Eles são mantidos juntos pela forte interação, bem como dois ímãs cujos pólos se atraem. Quando os ímãs são afastados uns dos outros, a atração entre eles diminui sucessivamente. Com a interação forte é diferente: aumenta com a distância, semelhante à força de tração de um elástico de alongamento.

No entanto, o impacto do píon no núcleo do hidrogênio é tão forte que o elástico se quebra. A "energia de alongamento" armazenada nele é liberada de uma só vez. "Isso é convertido em matéria, o que cria novas partículas", explica o Prof. Dr. Bernhard Ketzer, do Instituto Helmholtz de Radiação e Física Nuclear da Universidade de Bonn. "Experimentos como esses, portanto, nos fornecem informações importantes sobre a forte interação."

Sinal incomum

Em 2015, os detectores COMPASS registraram um sinal incomum após esse teste de colisão. Parecia indicar que a colisão havia criado uma nova partícula exótica por algumas frações de segundo. "As partículas normalmente consistem em três quarks - isso inclui prótons e nêutrons, por exemplo - ou, como os píons, em um quark e um antiquark", diz Ketzer. "Este novo estado intermediário de curta duração, no entanto, parecia consistir em quatro quarks".

Junto com seu grupo de pesquisa e colegas da Universidade Técnica de Munique, o físico agora submeteu os dados a uma nova análise. “Conseguimos mostrar que o sinal também pode ser explicado de outra forma, ou seja, pela já citada singularidade do triângulo”, frisa. Esse mecanismo foi postulado já na década de 1950 pelo físico russo Lev Davidovich Landau, mas ainda não foi provado diretamente.

De acordo com isso, a colisão de partículas não produziu um tetraquark, mas um intermediário quark-antiquark completamente normal. Isso, no entanto, se desintegrou novamente, mas de uma maneira incomum: "As partículas envolvidas trocaram quarks e mudaram suas identidades no processo", diz Ketzer, que também é membro da Área de Pesquisa Transdisciplinar "Building Blocks of Matter and Fundamental Interações "(TRA Matter). "O sinal resultante então se parece exatamente com o de um tetraquark com uma massa diferente." Esta é a primeira vez que tal singularidade de triângulo foi detectada imitando diretamente uma nova partícula nesta faixa de massa. O resultado também é interessante porque permite novos insights sobre a natureza da interação forte.

Apenas uma pequena fração da massa do próton pode ser explicada pelo mecanismo de Higgs

Prótons, nêutrons, píons e outras partículas (chamadas de hádrons) têm massa. Eles obtêm isso do chamado mecanismo de Higgs, mas obviamente não exclusivamente: um próton tem cerca de 20 vezes mais massa do que pode ser explicado apenas pelo mecanismo de Higgs. “A parte muito maior da massa dos hádrons se deve à forte interação”, explica Ketzer. "Exatamente como as massas dos hádrons surgem, no entanto, ainda não está claro. Nossos dados nos ajudam a entender melhor as propriedades da interação forte e talvez as maneiras pelas quais ela contribui para a massa das partículas".

Financiamento:

Parte do financiamento para o estudo veio do BMBF, do DFG Cluster of Excellence "Origem e Estrutura do Universo", da UE (em seu 7º Programa-Quadro de Pesquisa) e de agências de financiamento na República Tcheca, França, Índia, Israel , Itália, Japão, Polônia, Portugal, Rússia, Taiwan e EUA.

Publicação: GD Alexeev et al: Singularidade do triângulo como a origem do a1 (1420); Physical Review Letters 127, 082501 (2021); DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.082501

Dr. Bernhard Ketzer
Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn

Fonte: Universitat Bonn / 18-08-2021      

https://www.uni-bonn.de/en/news/200-2021

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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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