Enquanto os prótons povoam o núcleo de todos os átomos do universo, às vezes eles podem ser comprimidos em um tamanho menor e escapar do núcleo para uma brincadeira por conta própria. Observar esses prótons comprimidos pode oferecer uma visão única das partículas que constroem nosso universo.
Agora, pesquisadores em busca desses prótons comprimidos nos EUA O Thomas Jefferson National Accelerator Facility do Departamento de Energia apareceu de mãos vazias, sugerindo que há mais no fenômeno do que se pensava. O resultado foi publicado recentemente na Physical Review Letters.
“Estávamos tentando comprimir o próton de modo que seus quarks fiquem em uma configuração de tamanho pequeno. E isso é uma coisa muito difícil de fazer”, disse Holly Szumila-Vance, cientista da equipe do Jefferson Lab.
Os prótons são feitos de três quarks unidos pela força forte. Em um próton comum, a força forte é tão forte que vaza, fazendo com que o próton se fixe em outros prótons e nêutrons ao seu redor no núcleo. Isso está de acordo com a cromodinâmica quântica, ou QCD, a teoria que descreve como os quarks e a força forte interagem. No QCD, a força forte também é chamada de força colorida.
No entanto, o QCD também prevê que o próton pode ser comprimido de forma que os quarks se tornem mais unidos – essencialmente se envolvendo com tanta força na força da cor que não mais vaza para fora do próton. Quando isso acontece, o próton não se adere mais a outras partículas e pode se mover livremente pelo núcleo. Esse fenômeno é chamado de “transparência de cor”, pois o próton se tornou invisível para a força de cor das partículas ao seu redor.
“É uma previsão fundamental da cromodinâmica quântica, a teoria que descreve essas partículas”, explicou Szumila-Vance.
Um experimento anterior mostrou transparência de cor em partículas mais simples feitas de quarks chamados píons. Onde os prótons têm três quarks, os píons têm apenas dois. Além disso, outro experimento conduzido com prótons também sugeriu que os prótons também podem exibir transparência de cor em energias bem ao alcance da instalação recentemente atualizada no Laboratório Jefferson.
“Esperávamos encontrar os prótons comprimidos como os píons”, disse Dipangkar Dutta, professor da Universidade Estadual do Mississippi e porta-voz do experimento. “Mas nós fomos para energias cada vez mais altas e ainda não as encontramos.”
O experimento foi um dos primeiros a ser executado no Continuous Electron Beam Accelerator Facility, um DOE Office of Science User Facility, após sua atualização de 12 GeV. No experimento, os físicos nucleares direcionaram elétrons de alta energia do CEBAF para os núcleos dos átomos de carbono. Eles então mediram os elétrons que saíam e todos os prótons que saíam.
“Este foi um experimento empolgante de se fazer parte. Foi o primeiro experimento a ser executado no Experimental Hall C depois de atualizar o hall para 12 GeV em execução”, disse Szumila-Vance. “Estes foram os prótons de maior momentum medidos no Jefferson Lab, e os prótons de maior momentum já produzidos por espalhamento de elétrons.”
“Nas energias que estamos sondando, o próton geralmente é dizimado e você está olhando para os fragmentos do próton”, explicou Dutta. “Mas, em nosso caso, queremos que o próton continue sendo um próton, e a única maneira de isso acontecer é se os quarks meio que se comprimem, seguram uns aos outros com muito mais força para que possam escapar juntos do núcleo.”
Embora os físicos nucleares tenham observado vários milhares de prótons no experimento, eles não encontraram os sinais reveladores de transparência de cor nos novos dados.
“Acho que isso nos diz que o próton é mais complicado do que esperávamos”, disse Szumila-Vance. “Esta é uma previsão fundamental da teoria. Sabemos que ela deve existir em alguma alta energia, mas ainda não sabemos onde isso vai acontecer.”
Os pesquisadores disseram que o próximo passo é entender melhor o fenômeno em partículas mais simples onde ele já foi observado, de forma que melhores previsões possam ser feitas para partículas mais complexas, como prótons.
Publicado em 28/02/2021 10h04
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