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Partícula polêmica é finalmente detectada em acelerador

Existência de nova partícula subatômica exótica é confirmada no Large Hadron Collider (LHC) depois de falsas observações anteriores

CERN / LHCb Colaboração

Chamada de “pentaquark”, foi observada por pesquisadores que analisavam dados sobre o decaimento de partículas instáveis no experimento LHCb, que fica no Large Hadron Collider do CERN, o laboratório europeu de partículas físicas que fica perto de Genebra, na Suíça. A descoberta abre uma nova era no entendimento dos físicos sobre a forte força nuclear que mantém o núcleo atômico unido, disse o representando do LHCb, Guy Wilkinson.

“O pentaquark não é só uma partícula qualquer — ela representa um jeito de agregar quarks, isto é, os componentes fundamentais de prótons e nêutrons normais, em um padrão que nunca foi antes observado,” diz ele. “Estudar suas propriedades talvez nos permita entender melhor como matéria ordinária, os prótons e nêutrons dos quais todos somos feitos, são constituídos.”

Prótons e nêutrons são feitos de três tipos de quarks agrupados, mas teóricos calculam que, em princípio, partículas poderiam ser compostas por até cinco quarks. Tais partículas seriam uma base de testes rica para a cromodinâmica quântica (QCD, na sigla em inglês) — a teoria que descreve as forças que mantém quarks juntos.

Em 2002, pesquisadores do síncrontron SPring-8, em Harima, Japão, causaram um rebuliço quando anunciaram que tinham descoberto um pentaquark cerca de 1,5 vezes maior do que um próton, inferindo sua existência a partir dos restos de colisões entre fótons e nêutrons de alta energia. Dentro de um ano, mais de dez outros laboratórios reportaram ter encontrado evidência para a partícula através da reanálise dos dados.

Mas muitos outros não enxergaram evidências para essa estado e, em 2005, a detecção foi considerada como uma miragem. A palavra final veio com um experimento no Thomas Jefferson National Accelerator Facility em Newport News, Virginia, que repetiu a medida do SPring-8 com mais dados e descartou a existência do pentaquark.

‘Episódio curioso’

Desde então, o episódio é usado como exemplo de como os cientistas podem se levados pelos dados a ver mais do que realmente está lá. Em 2008, o anual Review of Particle Physics— o registro principal da disciplina — descreveu o pentaquark como “um episódio curioso na história da ciência,” e suas listas mais recentes não incluem uma parte dedicada para a partícula.

Essas listas terão que ser corrigidas, porque o resultado do LHCb deixa poucas dúvidas de que os pentaquarks são reais, dizem pesquisadores. Físicos observaram um sinal mostrando a aparição inesperada de dois objetos de pouca duração e com peso de 4.38 e 4.45 Giga eletrón-volts (4,67 e 4,74 vezes mais pesado do que um próton) durante o decaimento de trilhões de partículas subatômicas conhecidas como bárions ‘Lambda B’, através da análise de dados que foram registrados entre 2009 e 2012.

Depois de medir as propriedades dos novos objetos e esgotar a possibilidade de outras partículas serem candidatas, o time concluiu que eles correspondem a pentaquarks em duas configurações diferentes.  A partícula possui dois “up” quarks, um “down” quark e um quark “charm” - um par antiquark, formando um  pentaquark “charmonium”.Uma pré-impressão sobre a partícula foi postada no servidor arXiv, e foi submetida para impressão na Physics Review Letters.

Assombrado por um pentaquark

O resultado, que chamou a atenção dos físicos no LHCb primeiramente em 2012, como um solavanco em seus dados, foi uma surpresa total, diz Sheldon Stone, do LHCb, na Universidade Syracuse, Nova Iorque. “Nós costimeavamos procurar por novas partículas caçando por esses solavancos, mas nesse caso, ele nos achou primeiro!” ele diz. “Nós estávamos estudando outra coisa na época, e inicialmente nós o ignoramos. Por motivos históricos, estávamos meio assombrados pela palavra “pentaquark”, então nós checamos [os dados] de todas as maneiras possíveis,” afirma.

Os pesquisadores estão muito confiantes no seu achado: eles dizem que existe uma chance muito pequena do sinal aparecer se não existisse uma nova partícula. A barra estatística — conhecida como 9-sigma — é bem mais alta do que a 5-sigma normalmente requerida para uma descoberta em partícula físicas, como o anúncio do bóson de Higgs em 2012.

O resultado pode ser interessante porque pode revelar mais sobre o QCD, diz o teórico Frank Close da Universidade de Oxford, Reino Unido. "Se eu possuo um sentimento imediato de preocupação é que eles afirmam dois estados: isso é porque eles acharam um processo que favorece a produção de pentaquarks, ou porque eles não acharam de fato a melhor interpretação para os dados?” ele diz.

O novo pentaquark não é aquele, conhecido como theta+, visto em 2002, no entanto: é quase três vezes mais pesado e contém diferentes tipos de quarks.

“Eu acho que nosso resultado irá energizar a busca por muitos estados diferentes de pentaquarks, incluindo o theta+ ,” afirma Stone. “Uma importante diferença com o theta+ e outros estados é que nosso pentaquark possui o “charm-anticharm” quark presente, que pode causar uma ligação muito mais forte. Então pentaquarks com esses componentes talvez existam enquanto outros com componentes mais leves talvez não possam”.

 

Matthew Chalmers, Revista Nature

 

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Esse artigo foi reproduzido com permissão e publicado originalmente na Nature no dia 14 de julho de 2016.