Este evento foi previsto em 1973, mas nunca havia sido visto no mundo real.
Uma partícula nunca antes vista revelou-se nas entranhas quentes de dois aceleradores de partículas, confirmando uma teoria de meio século.
Os cientistas previram a existência da partícula, conhecida como odderon, em 1973, descrevendo-a como uma conjunção rara e de curta duração de três partículas menores conhecidas como glúons. Desde então, os pesquisadores suspeitam que o odderon pode aparecer quando prótons se chocam em velocidades extremas, mas as condições precisas que o fariam surgir permanecem um mistério. Agora, depois de comparar os dados do Large Hadron Collider (LHC), o destruidor de átomos em forma de anel com 17 milhas de comprimento (27 quilômetros) perto de Genebra que é famoso por descobrir o bóson de Higgs e o Tevatron, um agora extinto 3,9 milhas colisor americano de longa duração (6,3 km) que lançou prótons e seus gêmeos antimatéria (antiprótons) juntos em Illinois até 2011, os pesquisadores relatam evidências conclusivas da existência do odderon.
Encontrando o Odderon
Veja como eles descobriram: após essas colisões de partículas, os cientistas observaram para ver o que aconteceu. Eles teorizaram que os odderons apareceriam em taxas ligeiramente diferentes nas colisões próton-próton e próton-antipróton. Essa diferença se revelaria em um ligeiro descompasso entre as frequências dos prótons ricocheteando em outros prótons e as frequências dos prótons ricocheteando nos antiprótons.
As colisões do LHC e do Tevatron aconteceram em diferentes níveis de energia. Mas os pesquisadores por trás deste novo artigo desenvolveram uma abordagem matemática para comparar seus dados. E produziu este gráfico, que eles chamaram de “conspiração do dinheiro”:
A linha azul, que representa as colisões próton-antipróton, não se alinha perfeitamente com a linha vermelha, que representa as colisões próton-próton. Essa diferença é o sinal revelador do odderon – demonstrado com significância estatística de 5 sigma, o que significa que a probabilidade de um efeito como esse emergir aleatoriamente sem o odderon envolvido seria de 1 em 3,5 milhões.
Por que as colisões de prótons criam odderons
Então, o que são Odderons? Fundamentalmente, eles são uma rara combinação de três partículas “pegajosas” conhecidas como glúons.
Os prótons não são partículas fundamentais e indivisíveis. Em vez disso, eles são constituídos de três quarks e muitos glúons. Esses quarks são os pesos pesados do mundo subatômico, relativamente volumosos e responsáveis por compor a massa dos prótons e nêutrons (e, por sua vez, a maior parte da massa dos átomos) e da carga eletromagnética. Mas os glúons desempenham um papel tão importante: eles carregam a força forte, uma das quatro forças fundamentais do universo, responsável por “colar” quarks em prótons e nêutrons e, em seguida, ligar esses prótons e nêutrons dentro dos núcleos atômicos.
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Quando os prótons colidem com energias superaltas dentro dos colisores de partículas como o LHC, eles se partem em pedaços cerca de 75% das vezes. Nos 25% restantes do tempo, eles quicam uns nos outros como bolas de bilhar em uma mesa de bilhar. Neste caso – um processo chamado espalhamento elástico – os prótons sobrevivem ao encontro. E os físicos acham que isso é possível porque os prótons trocam dois ou três glúons. No breve ponto de contato, esse conjunto de glúons viaja do interior de um próton para o interior do outro.
“Na física de alta energia, sempre trocamos algumas partículas quando dois prótons interagem, ou um próton e um antipróton” interagem, disse o autor principal do estudo, Christophe Royon, físico da Universidade de Kansas, ao Live Science. “Na maioria dos casos, será um glúon.”
É importante que as colisões próton-próton e as colisões próton-anti-próton troquem partículas, porque é na diferença sutil entre esses dois tipos de trocas que o odderon foi revelado.
Ocasionalmente, um quase estado chamado glueball – um par ou trio de glúons – surge durante uma colisão. Os cientistas já haviam confirmado a existência da dupla glueball, mas esta é a primeira vez que observam com confiança a tripla glueball chamada odderon, aquela que em 1973 estava prevista a existência.
Essas glueballs mantêm os prótons intactos por causa de uma propriedade chamada cor. As cores (e anticores) são semelhantes às cargas eletromagnéticas positivas e negativas – elas controlam como os quarks e os glúons se atraem ou repelem em um sistema muito mais complexo do que o eletromagnetismo conhecido como cromodinâmica quântica. Quarks e glúons podem ter uma das três cargas classificadas como vermelha, verde ou azul. E uma combinação de vermelho, verde e azul é considerada “branca” e, portanto, equilibrada.
Os antiquarks, por sua vez, têm anti-cores – anti-vermelho, anti-verde e anti-azul – que se cancelam com suas contrapartes de cor para formar uma carga branca estável e equilibrada. E os glúons têm cores e anti-cores.
Mas os glúons individuais são sempre uma mistura instável de cor e anti-cor: azul e anti-verde, ou vermelho e anti-azul, etc. “Todo glúon carrega uma cor e uma anti-cor. E [esses glúons] não gostaria de ficar sozinho “, disse Royon.
Quando um único glúon entra em um novo próton, ele agarra as outras partículas – os quarks e glúons que constituem o próton. O glúon único procura emparelhar-se com partículas que equilibram sua cor e anticolor. Mas as cores dentro do próton já estão em equilíbrio, e a entrada de um glúon estranho e instável perturba o equilíbrio interno do próton, desencadeando uma cascata de eventos que separa a partícula. É o que acontece em 75% das colisões, quando os prótons se estilhaçam.
Mas no trimestre em que os prótons ricocheteiam uns nos outros em vez de se estilhaçar, isso é um sinal de que a troca de glúons envolveu uma dupla ou tripla glueball (odderon) e, portanto, não interrompeu o equilíbrio interno dos prótons. As bolas de cola duplas têm seu próprio equilíbrio interno. Suas cargas de cor e anticolor são combinadas e deslizam facilmente de um próton para outro sem separá-los. Em 1973, os pesquisadores mostraram que três glúons deveriam, teoricamente, ser capazes de formar uma bola de glúten tripla na qual as cores vermelha, verde e azul se equilibravam. Eles chamaram essa partícula de odderon.
As trocas de glúons e multi-glúons acontecem por breves momentos nas energias mais extremas. Até agora, ninguém jamais tinha visto ou detectado diretamente um odderon (ou a dupla bola de vidro, por falar nisso, embora sua existência tenha sido indiretamente confirmada).
A detecção do Odderon não mudará a face da física, como escreveu o astrofísico Paul Sutter, da SUNY Stony Brook, em um artigo para a Live Science em 2019, quando os pesquisadores identificaram pela primeira vez possíveis evidências para a partícula. Sutter e muitos outros pesquisadores argumentam que não é uma partícula verdadeira, mas uma quase-partícula, porque nada mais é do que um arranjo temporário de partículas menores. (O mesmo poderia ser dito de prótons e nêutrons, no entanto.) Royon disse que a descoberta é importante porque confirma que as idéias básicas sobre os pesquisadores da física de partículas usadas para prever a existência do odderon em 1973 estavam corretas.
Publicado em 14/04/2021 12h14
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