O projeto Large Hadron Collider Beauty (LHCb) observou pela primeira vez uma partícula exótica composta de quatro quarks de charme.
A colaboração do LHCb observou um tipo de partícula de quatro quarks nunca vista antes. A descoberta, apresentada em um seminário recente no CERN e descrita em um artigo publicado hoje, provavelmente será a primeira de uma classe de partículas anteriormente desconhecida, nunca antes vista pelos físicos.
A descoberta ajudará os físicos a entender melhor os quarks, um tipo de partícula elementar que é um bloco de construção fundamental de toda a matéria. Quarks se formam juntos para formar partículas compostas conhecidas como hádrons, que incluem prótons e nêutrons. Essa descoberta inovadora pode ajudar os cientistas a entender agora as maneiras complexas pelas quais os quarks se unem para formar esses compostos.
Os quarks geralmente se combinam em grupos de dois e três para formar hádrons. Por décadas, no entanto, os teóricos previram a existência de hádrons de quatro e cinco quarks, que às vezes são descritos como tetraquarks e pentaquarks e, nos últimos anos, experiências incluindo o LHCb confirmaram a existência de vários desses hadrons exóticos.
Essas partículas feitas de combinações incomuns de quarks são um “laboratório” ideal para estudar uma das quatro forças fundamentais conhecidas da natureza, a forte interação que liga prótons, nêutrons e os núcleos atômicos que compõem a matéria. O conhecimento detalhado da interação forte também é essencial para determinar se processos novos e inesperados são um sinal de nova física ou apenas física padrão.
“As partículas compostas por quatro quarks já são exóticas, e a que acabamos de descobrir é a primeira a ser composta por quatro quarks pesados do mesmo tipo, especificamente dois quarks de charme e dois antiquarks de charme”, diz o porta-voz do grupo. Colaboração do LHCb, Giovanni Passaleva. “Até agora, o LHCb e outros experimentos haviam observado apenas tetraquarks com dois quarks pesados no máximo e nenhum com mais de dois quarks do mesmo tipo”.
O porta-voz do LHCb, Chris Parkes, da Universidade de Manchester, disse: “É um grande prazer e honra assumir o cargo de porta-voz do LHCb. A colaboração inclui mais de 1400 membros de 19 países diferentes, uma comunidade que trabalha em conjunto para promover nossos objetivos científicos. A Universidade de Manchester e as outras dez instituições no Reino Unido desempenham um papel de liderança na colaboração.
A descoberta de hoje abre outro capítulo empolgante neste livro científico, permitindo que estudemos nossa teoria das partículas de matéria em um caso extremo. Essa partícula é um caso extremo – é um hadron exótico, contendo quatro quarks em vez dos dois ou três em partículas de matéria convencional e a primeira a conter quarks pesados.
Estudar um sistema extremo permite que os cientistas testem estressantemente nossas teorias. Através do estudo dessa partícula e da esperança de descobrirmos outras partículas nessa classe neste futuro, testaremos nossa teoria de como os quarks se combinam e que também governam os prótons. e nêutrons.
A equipe do LHCb encontrou o novo tetraquark usando a técnica de busca de partículas, procurando um excesso de eventos de colisão, conhecido como “solavanco”, sobre um fundo suave de eventos. Examinando os conjuntos de dados completos do LHCb da primeira e segunda execuções do Large Hadron Collider, que ocorreram de 2009 a 2013 e de 2015 a 2018, respectivamente, os pesquisadores detectaram um aumento na distribuição de massa de partículas, que consiste em um quark de charme e um antiquark de charme.
O solavanco tem uma significância estatística de mais de cinco desvios-padrão, o limite usual para reivindicar a descoberta de uma nova partícula e corresponde a uma massa na qual se prevê a existência de partículas compostas por quatro quarks de charme.
Como nas descobertas anteriores do tetraquark, não está completamente claro se a nova partícula é um “verdadeiro tetraquark”, ou seja, um sistema de quatro quarks firmemente unidos ou um par de partículas de dois quarks fracamente ligadas em uma estrutura semelhante a uma molécula . De qualquer forma, o novo tetraquark ajudará os teóricos a testar modelos de cromodinâmica quântica, a teoria da interação forte.
O artigo, Observação da estrutura no espectro de massa do par J/ψ, é publicado no arXiv.
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