Os cálculos dos cientistas indicam que os mésons bottomônio, formados por um quark bottom e sua contraparte de antimatéria, requerem temperaturas acima de 5,8 trilhões de graus Celsius para derreter. Isso oferece uma visão sobre por que menos partículas de bottomônio são observadas em colisões de alta energia no Large Hadron Collider em comparação com o Relativistic Heavy Ion Collider e fornece novos caminhos para o estudo das propriedades do plasma quark-gluon.
A ciência
Os teóricos realizaram cálculos para prever a temperatura na qual os mésons de bottomônio irão derreter. Mesons Bottomonium são partículas feitas de um dos seis tipos de quark: um quark bottom pesado ligado ao seu parceiro de antimatéria, um quark antibottom. Os mésons Bottomonium vêm em vários estados diferentes. As duas partículas podem ser ligadas frouxamente, mais firmemente e muito firmemente (criando o menor méson bottomônio). Os cálculos mostram que as menores partículas de bottomônio podem permanecer intactas em temperaturas muito altas e requerem condições extremas para derreter.
O impacto
As descobertas oferecem uma possível explicação para o motivo pelo qual os cientistas observam menos partículas de bottomônio em colisões de íons pesados no Large Hadron Collider (LHC) do que no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). O acelerador de partículas LHC está no CERN na Europa, e o RHIC é uma instalação do Departamento de Energia do Brookhaven National Laboratory. Colisões entre núcleos atômicos em ambas as instalações podem derreter prótons e nêutrons para liberar os quarks e glúons internos. No entanto, o plasma de quark-gluon (QGP) resultante pode não ser suficientemente quente para derreter completamente o bottomônio. Essas colisões ainda podem produzir partículas de bottomônio, embora a uma taxa menor. Esta orientação teórica pode promover o uso da fusão do bottomônio como uma ferramenta para estudar as propriedades do QGP.
Resumo
Para determinar a temperatura na qual os estados bottomônio derretem no plasma quark-gluon, cientistas do Brookhaven Lab, Homi Bhabha National Institute na Índia e Humboldt-University em Berlin calcularam funções de correlação de mésons. Essas funções são uma medida da interação entre o quark e o antiquark que compõem o bottomônio. Os pesquisadores usaram supercomputadores poderosos e uma técnica chamada cromodinâmica quântica de rede (QCD) para modelar as interações em uma das dimensões espaciais. Eles descobriram que essa função de correlação decai exponencialmente na separação espacial. A taxa desse decaimento exponencial está relacionada à massa de triagem. O valor da massa de blindagem está relacionado com a energia de ligação entre o quark bottom (b) e o quark anti-b. A dependência da temperatura dessa massa de blindagem é muito diferente, dependendo se o quark pesado e o antiquark estão ligados dentro de um méson ou se movem independentemente no QGP como um par não ligado (como se o méson tivesse derretido).
Os cálculos QCD da rede mostram que apenas para temperaturas acima de 5,8 trilhões de graus Celsius o comportamento das massas de triagem é consistente com as expectativas de um quark b não ligado e um quark anti-b. Portanto, o menor bottomônio (um cinco vezes menor que um próton) só funde nessa temperatura. Os cientistas não esperam atingir tais temperaturas em colisões de íons pesados no RHIC, e eles só podem atingir essas temperaturas em colisões de íons pesados no LHC por um curto período de tempo. Isso pode explicar o rendimento significativo de bottomônio tanto no RHIC quanto no LHC.
Publicado em 17/06/2023 15h28
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