O que saber sobre o recém-descoberto Tetraquark no Grande Colisor de Hádrons
O experimento Large Hadron Collider-b (LHCb) do CERN apresentou sua última descoberta na semana passada em uma reunião da European Physical Society Conference on High Energy Physics (Conferência da Sociedade Europeia de Física sobre Física de Altas Energias). Conheça o Tetraquark de charme duplo, a partícula de matéria exótica de vida mais longa já descoberta.
Quarks são os blocos de construção de toda a matéria; são partículas subatômicas que se combinam para formar os hádrons, o grupo que inclui os familiares prótons e nêutrons. (Em outras palavras, os quarks são menores do que pequenos.) Prótons e nêutrons são compostos de três quarks, mas a partícula de hadron recém-descoberta é composta de quatro, o que a torna uma espécie de Tetraquark. O primeiro Tetraquark foi descoberto oficialmente em 2003.
Quarks têm parceiros de antimatéria – gêmeos do mal, se preferir. Este novo Tetraquark é composto de dois quarks pesados e dois antiquarks leves, unidos em uma partícula.
Partículas exóticas como essa podem ser criadas em aceleradores como o Grande Colisor de Hádrons, mas elas entram e saem da existência com extrema rapidez. Esta nova partícula é considerada como tendo uma longa vida antes de se decompor, mas “longa” neste caso ainda é tão curta que dificilmente pode ser medida em termos humanos. Sua vida útil é provavelmente um pouco mais de um quintilionésimo de segundo, disse Patrick Koppenburg, físico do Instituto Nacional Holandês de Física Subatômica e membro da equipe do LHCb no CERN.
“Nunca seremos capazes de medir sua vida útil diretamente”, escreveu Koppenburg em um e-mail para o Gizmodo.
Quarks diferem uns dos outros em massa e carga, dando-lhes seis sabores distintos: para cima, para baixo, para cima, para baixo, estranho e charme. O novo Tetraquark é o primeiro hádron exótico que está “duplamente encantado”, o que significa que seus dois quarks charmosos estão presentes ao lado de antiquarks que não são encantados. “Quarks podem ser vistos como blocos de Lego, então apenas descobrir uma nova combinação de quatro quarks que não foram observados anteriormente não é necessariamente emocionante. O que é interessante estudar é COMO essas partículas são combinadas, porque isso pode nos ensinar como os quarks se unem ”, disse Freya Blekman, uma física de partículas elementares da Vrije Universiteit em Bruxelas que não era afiliada ao experimento, por e-mail. “Acho que é um resultado muito empolgante.”
Como muitos outros estados de quark, este Tetraquark de charme duplo foi encontrado no LHCb usando um método chamado bump hunting. Basicamente, os pesquisadores disparam o acelerador de partículas e permitem que as partículas colidam, mantendo os olhos abertos para uma quantidade inesperada de energia ou massa no sistema. Quando obtêm resultados fora de sincronia com o ruído básico do sistema depois de filtrar todos os sinais irrelevantes, os pesquisadores têm uma pista de que encontraram algo novo; foi a caça aos solavancos que revelou o bóson de Higgs em 2012. Os 62 hádrons descobertos até agora no Grande Colisor de Hádrons foram basicamente retirados da obscuridade pela física extrema do acelerador e pela vasta equipe que trabalha com todo o maquinário e dados.
As descobertas dos aceleradores de partículas aumentam a compreensão dos físicos sobre como as partículas fundamentais interagem. “Se você realmente quer conhecer alguém, você o coloca em situações extremas. O que estamos fazendo com esses Tetraquarks e pentaquarks é colocar a teoria em situações extremas, que não são a rotina que temos observado nos últimos 60 anos ”, Marek Karliner, físico de partículas da Universidade de Tel Aviv, que não era afiliado com a pesquisa recente, explicou em uma chamada de vídeo. “Descobriu-se que este projeto específico do experimento LHCb é ideal para a busca de novos hádrons.”
O Tetraquark de charme duplo (escrito cientificamente como Tcc +) decai tão lentamente porque é apenas ligeiramente mais pesado do que as partículas em que se decompõe. Sua configuração rara o coloca em uma classe de candidatos a estados hadrônicos exóticos estáveis. Os resultados anteriores do LHCb permitiram aos físicos teóricos prever em 2017 que um Tetraquark semelhante, chamado Tbb, poderia ser totalmente estável, o que significa que não iria decair de forma alguma por meio da força de interação forte.
“Será um grande avanço na física de partículas se for provada a descoberta de um novo tipo de Tetraquark com dois quarks pesados e dois antiquarks leves”, disse Rui-Lin Zhu, um físico teórico da Universidade Normal de Nanjing, na China, por e-mail . “Esta descoberta do Tetraquark duplamente charmoso em julho de 2021 é absolutamente o triunfo das previsões teóricas.”
Karliner, coautor da previsão de 2017, disse que os experimentos validaram seu trabalho anterior e destacaram os pontos fortes do LHCb como um instrumento para caça de partículas. “Eles agora estão governando o universo hadron”, disse ele sobre a equipe do LHCb. “Eles conquistaram o mercado de hádrons exóticos – não inteiramente – mas no LHCb eles têm uma participação de mercado muito maior.”
Em outras palavras, se alguém vai encontrar algo com vida mais longa do que este Tetraquark duplo charme, provavelmente serão eles. Produzir a partícula prevista Tbb, que o CERN Courier recentemente chamou de “linda prima” do Tcc +, pode ser a próxima celebração no horizonte.