Novo reino da ‘física não nuclear’ – os nêutrons podem realmente ‘falar’ uns com os outros em um novo tipo de simetria
A Universidade de Chicago e os físicos alemães propõem um novo domínio da ‘física não nuclear’.
Embora os nêutrons adorem se associar com os prótons para formar o núcleo de um átomo, as partículas sempre foram notórias por sua relutância em se ligar umas às outras. Mas, de acordo com uma nova teoria proposta, essas partículas podem se comunicar sob certas circunstâncias, formando um novo tipo de “não partícula” – o que pode oferecer evidências de um novo tipo de simetria na física.
Dam Thanh Son, o professor universitário de física da Universidade de Chicago , expôs o argumento em um estudo publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences , que ele escreveu em coautoria com Hans-Werner Hammer da Technical University of Darmstadt, na Alemanha .
O novo estudo foi inspirado por uma ideia proposta pela primeira vez em 2007 pelo professor Howard Georgi da Universidade de Harvard, que sugeriu que poderia haver um fenômeno além de nossa ideia tradicional de matéria.
“Tudo que nos rodeia é feito de partículas – um ponto localizado no espaço que pode transportar energia – mas sua ideia era que na natureza, talvez pudesse haver algo que transportasse energia, mas é menos nítido e mais difuso”, disse Son. “Ele divertidamente chamou esse conceito de ‘não partícula’.”
Son e Hammer queriam tentar aplicar esse conceito para entender o comportamento das partículas nos núcleos dos átomos – especialmente os núcleos mais exóticos, que entram e saem da existência durante eventos violentos no universo, como quando as estrelas explodem. “Conhecemos apenas uma fração desses núcleos exóticos”, disse Son.
Para estudar esses núcleos atômicos exóticos na Terra, os cientistas colidem núcleos pesados uns com os outros em aceleradores. O que surge é um novo núcleo e uma chuva de nêutrons. Son e Hammer observaram que, à medida que os nêutrons fluem para fora e para fora, alguns poucos que estão indo na mesma direção podem continuar a “falar” uns com os outros – mesmo depois que os outros pararam de interagir. Essa comunicação sustentada entre nêutrons poderia constituir um “unnúcleo” difuso, com suas próprias propriedades distintas dos núcleos normais.
Para ter uma ideia dessa imprecisão, Son disse: “É um pouco como a diferença entre ser atingido por uma pedra e ser atingido por um riacho de água”. Ambos carregam energia, mas a forma é diferente.
Em seu novo estudo, Son e Hammer estabeleceram como e onde procurar evidências desses “unnúcleos” em aceleradores e uma explicação geral para o campo do que eles chamam de “física não nuclear”.
Isso poderia ser uma manifestação, disseram os cientistas, de um tipo de simetria chamada simetria conformada. As simetrias são fundamentais para a física moderna; são características comuns que permanecem mesmo quando um sistema muda – a mais famosa é que a velocidade da luz é constante em todo o universo.
Na simetria conforme, um espaço é distorcido, mas todos os ângulos são mantidos inalterados. Por exemplo, quando se desenha um mapa 2D de toda a Terra 3D, é impossível preservar todas as distâncias e ângulos ao mesmo tempo . No entanto, alguns mapas, como uma versão comum desenhada inicialmente por Gerardus Mercator, são desenhados de forma que todos os ângulos permaneçam corretos, mas ao custo de distorcer muito as distâncias perto dos pólos.
“Essa simetria conformada não aparece no modelo padrão da física, mas aparece na proposta ‘não particulada’ de Georgi e também aparece aqui”, disse Son. A proporção de energia transportada por cada partícula no “unnúcleo” permanece inalterada, mesmo que a distância entre elas mude.
“Esses resultados parecem ter alguma universalidade.”
– Prof. Dam Thanh Son
“Foi uma surpresa para mim, porque incomum para a física nuclear, esses resultados parecem ter alguma universalidade”, disse Son. Ou seja, ao contrário de muitos cálculos da física que dependem da precisão até mesmo dos menores detalhes e números, “esses números não são sensíveis aos detalhes de forma alguma”, disse ele.
Como os cálculos são tão robustos mesmo se alguns detalhes estiverem faltando, Son disse que, se o argumento for confirmado, os físicos podem ser capazes de usar essas fórmulas para verificar outros cálculos.
Ele e Hammer também observaram que esse comportamento pode ocorrer quando os átomos são resfriados a temperaturas extremamente baixas, e em partículas exóticas chamadas tetraquarks, formadas por dois quarks e dois antiquarks.
“É interessante trabalhar em um problema que pode ter consequências em tantos campos da física”, disse Son.
Referência: “Física não nuclear: simetria conformada em reações nucleares” por Hans-Werner Hammer e Dam Thanh Son, 31 de agosto de 2021, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073 / pnas.2108716118
Financiamento: Deutsche Forschungsgemeinschaft, Ministério Federal Alemão de Educação e Pesquisa, Departamento de Energia dos EUA, Fundação Simons.