A existência prevista de uma partícula exótica composta de seis partículas elementares conhecidas como quarks pelos pesquisadores do RIKEN poderia aprofundar nossa compreensão de como os quarks se combinam para formar os núcleos dos átomos.

Quarks são os blocos de construção fundamentais da matéria. Os núcleos dos átomos consistem em prótons e nêutrons, que por sua vez são compostos de três quarks cada. As partículas que consistem em três quarks são conhecidas coletivamente como bárions.

Os cientistas há muito refletem sobre a existência de sistemas contendo dois bárions, conhecidos como dibárions. Apenas um dibário existe na natureza – deutério, um núcleo de hidrogênio composto de um próton e um nêutron que estão ligeiramente ligados um ao outro. Vislumbres de outros dibaryons foram capturados em experimentos de física nuclear, mas eles tiveram existências muito fugazes.

“Embora o deutério seja o único dibário estável conhecido, muitos mais dibárions podem existir”, diz Takuya Sugiura do Programa Interdisciplinar de Ciências Teóricas e Matemáticas da RIKEN. “É importante estudar quais pares de bárions formam dibárions e quais não, porque isso fornece informações valiosas sobre como os quarks formam a matéria.”

A cromodinâmica quântica é uma teoria altamente bem-sucedida que descreve como os quarks interagem entre si. Mas o forte acoplamento que ocorre entre os quarks nos bárions complica os cálculos da cromodinâmica quântica. Os cálculos tornam-se ainda mais complexos ao considerar os estados vinculados dos bárions, como os dibárions.

Agora, calculando a força agindo entre dois bárions, cada um contendo três quarks encantos (um dos seis tipos de quarks), Sugiura e seus colegas de trabalho previram a existência de um dibário que eles chamaram de charme di-Omega.

Para este cálculo, a equipe resolveu a cromodinâmica quântica com cálculos numéricos em grande escala. Como os cálculos envolviam um grande número de variáveis, eles usaram dois supercomputadores poderosos: o computador K e o supercomputador HOKUSAI. “Tivemos muita sorte de ter acesso aos supercomputadores, o que reduziu drasticamente o custo e o tempo de realização dos cálculos”, diz Sugiura. “Mas ainda nos levou vários anos para prever a existência do charme di-Omega.”

Apesar da complexidade dos cálculos, o charme di-Omega é o sistema mais simples para estudar as interações entre os bárions. Sugiura e sua equipe agora estão estudando outros hádrons encantados usando o supercomputador Fugaku, que é o sucessor mais poderoso do computador K. “Estamos especialmente interessados ​​em interações entre outras partículas contendo quarks encantados”, diz Sugiura. “Esperamos esclarecer o mistério de como os quarks se combinam para formar partículas e que tipo de partículas podem existir.”

A pesquisa foi publicada na Physical Review Letters.

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