Descoberta nova classe de partículas no LHC

Possíveis arranjos dos quarks no pentaquark. Os cinco quarks podem ser firmemente ligados (à esquerda). Eles também podem ser montados em um méson (um quark e um antiquark) e um bárion (três quarks), fracamente ligados entre si. [Imagem: Daniel Dominguez/CERN/LHCb Collaboration]

Nem bem começou sua nova fase turbinada, o LHC acaba de confirmar a existência de uma nova classe de partículas, conhecidas como pentaquarks - partículas formadas por cinco quarks.

A partícula foi identificada pelo detector LHCb, o mesmo que havia descoberto duas novas partículas e um novo tipo de matéria em 2014 e um processo subatômico raro em 2015. A descoberta foi feita analisando dados de colisões ocorridas entre 2009 e 2012, portanto, antes do upgrade do LHC.

A nova partícula, de vida extremamente curta, contém dois quarks up, um quark down e um par de quark-antiquark charme, o que torna um pentaquark charmônio.

"O pentaquark não é apenas uma nova partícula qualquer," disse Guy Wilkinson, porta-voz da equipe que trabalha no LHCb. "Ela representa uma forma de agregar quarks, os constituintes fundamentais dos prótons e nêutrons, em um padrão que nunca foi observado antes em mais de cinquenta anos de pesquisas experimentais. Estudar suas propriedades pode nos permitir entender melhor como é constituída a matéria comum, os prótons e nêutrons dos quais todos somos feitos."

Este anúncio formal, feito pelo porta-voz da equipe - "um padrão que nunca foi observado antes em mais de cinquenta anos de pesquisas experimentais" - vem coroar um dos mais curiosos episódios da ciência em bem mais do que cinquenta anos, um episódio que ilustra o processo de descobertas científicas e o funcionamento do mundo acadêmico.

Em 2003, físicos do síncrotron SPring-8, no Japão, anunciaram a descoberta experimental desta mesma partícula, um pentaquark, com uma massa 1,5 vez maior que a do próton.

A descoberta foi confirmada por cerca de dez outros laboratórios ao redor do mundo, mas muitos outros não detectaram a partícula. Em 2005, uma equipe do Acelerador Thomas Jefferson, nos Estados Unidos, afirmou ter comprovado experimentalmente a "impossibilidade da existência" do alegado pentaquark, e a descoberta da equipe japonesa foi taxada de "miragem".

As partículas aparecem como picos nos gráficos que descrevem os dados coletados durante as colisões no LHC. [Imagem: LHCb Collaboration]

Em 2008, o pentaquark foi banido do registro oficial da física de partículas - uma publicação chamada Review of Particle Physics - com um artigo que caracterizou o pentaquark, não sem alguma ironia, como "um curioso episódio na história da ciência".

Mais curioso ainda agora que o pentaquark renasceu das cinzas, criado durante o decaimento de partículas chamadas bárions lambda B, com energias entre 4,38 e 4,45 giga-elétron-volts - isto é bem mais do que o apontado originalmente pela equipe do Spring-8, tornando o pentaquark de 4,67 a 4,74 mais pesado do que o próton.

Segundo a física de partículas, os bárions, que incluem os prótons e os nêutrons, são compostos de três quarks. Outra categoria de partículas é constituída pelos mésons, formados de pares quark-antiquark. Apesar da longa controvérsia, este modelo não se opõe teoricamente à existência dos pentaquarks.

Os lambda B decaíram em três partículas, um J-psi, um próton e um káon. A descoberta consistiu em detectar estados intermediários durante esse decaimento, sendo essas partículas intermediárias batizadas de Pc(4450)+ e Pc(4380)+. A primeira é claramente visível como um pico nos dados, enquanto a segunda é necessária para descrever os dados completamente.

O próximo passo será estudar como os quarks estão unidos dentro dos pentaquarks.

Fonte: Inovação Tecnológica