DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.021901
Credibilidade: 979
#Prótons
Novas pesquisas lançam luz sobre a estrutura 3D das ressonâncias nucleares.
Em meados do século 20, os cientistas descobriram que os prótons têm a capacidade de ressoar, semelhante às vibrações de um sino. Nos trinta anos seguintes, os avanços levaram a imagens 3D do próton e a uma visão significativa de sua estrutura em seu estado fundamental. No entanto, permanece um conhecimento limitado sobre a estrutura 3D de um próton em ressonância.
Um experimento recente conduzido no Thomas Jefferson National Accelerator Facility, do Departamento de Energia dos EUA, aprofundou-se nas estruturas tridimensionais das ressonâncias de prótons e nêutrons. Esta pesquisa fornece mais uma peça do quebra-cabeça para a vasta imagem do universo caótico e nascente que existiu logo após o Big Bang.
O estudo das propriedades e comportamentos fundamentais dos núcleons oferece insights críticos sobre os blocos básicos de construção da matéria. Núcleons são os prótons e nêutrons que constituem os núcleos dos átomos. Cada núcleon consiste em três quarks fortemente unidos por glúons pela interação forte – a força mais forte da natureza.
O estado mais estável e de menor energia de um núcleon é chamado de estado fundamental. Mas quando um núcleo é excitado à força para um estado de energia superior, os seus quarks rodam e vibram uns contra os outros, exibindo o que é conhecido como ressonância nuclear.
Um grupo de físicos da Justus Liebig Universitat (JLU) Giessen na Alemanha e da Universidade de Connecticut liderou o esforço de colaboração CLAS para conduzir um experimento explorando essas ressonâncias de núcleons. O experimento foi realizado no Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) de classe mundial do Jefferson Lab. O CEBAF é uma instalação do DOE Office of Science que apoia a pesquisa de mais de 1.800 físicos nucleares em todo o mundo. Os resultados da pesquisa foram publicados recentemente na prestigiosa revista Physical Review Letters.
O líder da análise, Stefan Diehl, disse que o trabalho da equipe esclarece as propriedades básicas das ressonâncias dos núcleons. Diehl, é pesquisador de pós-doutorado e líder de projeto no 2º Instituto de Física da JLU Giessen e professor pesquisador na Universidade de Connecticut. Ele disse que o trabalho também está inspirando novas investigações sobre a estrutura 3D do próton ressonante e o processo de excitação.
“Esta é a primeira vez que temos alguma medição, alguma observação, que é sensível às características 3D de um estado tão excitado”, disse Diehl. “Em princípio, isto é apenas o começo e esta medição está a abrir um novo campo de investigação.”
O mistério de como a matéria se formou
O experimento foi conduzido no Experimental Hall B em 2018-2019 usando o detector CLAS12 do Jefferson Lab. Um feixe de elétrons de alta energia foi enviado para uma câmara de gás hidrogênio resfriado. Os elétrons impactaram os prótons do alvo para excitar os quarks internos e produzir ressonância nuclear em combinação com um estado quark-antiquark – o chamado méson.
As excitações são passageiras, mas deixam evidências de sua existência na forma de novas partículas que são feitas a partir da energia das partículas excitadas à medida que ela se dissipa. Estas novas partículas vivem o suficiente para que o detector as detecte, para que a equipe possa reconstruir a ressonância.
Diehl e outros discutiram recentemente os seus resultados como parte de um workshop conjunto “Explorando a estrutura de ressonância com GPDs de transição” em Trento, Itália. A pesquisa já inspirou dois grupos teóricos a publicar artigos sobre o trabalho.
A equipe também planeja mais experimentos no Jefferson Lab usando diferentes alvos e polarizações. Ao espalhar elétrons de prótons polarizados, eles podem acessar diferentes características do processo de espalhamento. Além disso, o estudo de processos semelhantes, como a produção de uma ressonância em combinação com um fóton energético, pode fornecer informações adicionais importantes.
Através de tais experiências, disse Diehl, os físicos podem desvendar as propriedades do cosmos inicial após o Big Bang.
“No início, o cosmos inicial tinha apenas algum plasma composto por quarks e glúons, que giravam porque a energia era muito alta”, disse Diehl. “Então, em algum momento, a matéria começou a se formar, e as primeiras coisas que se formaram foram os estados de núcleos excitados. Quando o universo se expandiu ainda mais, ele esfriou e os núcleons do estado fundamental se manifestaram.
“Com esses estudos podemos conhecer as características dessas ressonâncias. E isso nos dirá coisas sobre como a matéria foi formada no universo e por que o universo existe na sua forma atual.”
Publicado em 21/10/2023 13h35
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