Impressão artística do Tcc +, um tetraquark composto por dois quarks charmosos e um antiquark up e down. Crédito: CERN

Hoje, o experimento LHCb no CERN apresenta uma nova descoberta na Conferência da Sociedade Física Europeia sobre Física de Altas Energias (EPS-HEP). A nova partícula descoberta por LHCb, rotulada como Tcc+, é um tetraquark – um hadron exótico contendo dois quarks e dois antiquarks. É a partícula de matéria exótica de vida mais longa já descoberta e a primeira a conter dois quarks pesados e dois antiquarks leves.

Quarks são os blocos de construção fundamentais a partir dos quais a matéria é construída. Eles se combinam para formar hádrons, ou seja, bárions, como o próton e o nêutron, que consistem em três quarks, e os mésons, que são formados como pares quark-antiquark. Nos últimos anos, vários dos chamados hádrons exóticos – partículas com quatro ou cinco quarks, em vez dos convencionais dois ou três – foram encontrados. A descoberta de hoje é de um hádron exótico particularmente único, um hádron exótico exótico, se você preferir.

A nova partícula contém dois quarks charme e um antiquark up e down. Vários tetraquarks foram descobertos nos últimos anos (incluindo um com dois quarks charme e dois antiquarks charme), mas este é o primeiro que contém dois quarks charme, sem antiquarks charme para equilibrá-los. Os físicos chamam isso de “feitiço aberto” (neste caso, “feitiço aberto duplo”). Partículas contendo um encanto quark e um encanto antiquarks têm “encanto oculto” – o número quântico encanto de toda a partícula é zerado, assim como uma carga elétrica positiva e outra negativa fariam. Aqui, o número quântico charmoso soma dois, portanto, tem o dobro do charme!

O conteúdo de quark do Tcc+, tem outras características interessantes além de ser charme aberto. É a primeira partícula a ser encontrada pertencente a uma classe de tetraquarks com dois quarks pesados ​​e dois antiquarks leves. Essas partículas decaem ao se transformar em um par de mésons, cada um formado por um dos quarks pesados ​​e um dos antiquarks leves. De acordo com algumas previsões teóricas, a massa dos tetraquarks desse tipo deve ser muito próxima da soma das massas dos dois mésons. Essa proximidade em massa torna o decaimento “difícil”, resultando em uma vida útil mais longa da partícula, e de fato Tcc +, é o hádron exótico de vida mais longa encontrado até hoje.

A descoberta abre caminho para a busca por partículas mais pesadas do mesmo tipo, com um ou dois quarks charme substituídos por quarks bottom. A partícula com dois quarks bottom é especialmente interessante: de acordo com os cálculos, sua massa deveria ser menor que a soma das massas de qualquer par de mésons B. Isso tornaria o decaimento não apenas improvável, mas realmente proibido: a partícula não seria capaz de decair por meio da interação forte e teria que fazê-lo por meio da interação fraca, o que tornaria seu tempo de vida várias ordens de magnitude mais longo do que qualquer anterior observado hádron exótico.

O novo Tcc+, tetraquark, é um alvo atraente para estudos futuros. As partículas nas quais ele decai são comparativamente fáceis de detectar e, em combinação com a pequena quantidade de energia disponível no decaimento, isso leva a uma excelente precisão em sua massa e permite o estudo dos números quânticos desta fascinante partícula. Isso, por sua vez, pode fornecer um teste rigoroso para modelos teóricos existentes e pode até mesmo permitir que efeitos anteriormente inalcançáveis ​​sejam sondados.

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