Os prótons carregados positivamente em núcleos atômicos devem realmente se repelir, e mesmo assim núcleos pesados ​​com muitos prótons e nêutrons se unem. A chamada interação forte é a responsável por isso. A professora Laura Fabbietti e seu grupo de pesquisa na Universidade Técnica de Munique (TUM) desenvolveram agora um método para medir com precisão a forte interação utilizando colisões de partículas no experimento ALICE no CERN em Genebra.

A interação forte é uma das quatro forças fundamentais da física. É essencialmente responsável pela existência de núcleos atômicos que consistem em vários prótons e nêutrons. Prótons e nêutrons são feitos de partículas menores, os chamados quarks. E eles também são mantidos juntos pela forte interação.

Como parte do projeto ALICE (A Large Ion Collider Experiment) no CERN em Genebra, A professora Laura Fabbietti e seu grupo de pesquisa na Universidade Técnica de Munique desenvolveram agora um método para determinar com alta precisão as forças que agem entre prótons e hiperons, partículas instáveis ​​compreendendo os chamados quarks estranhos.

As medições não são apenas inovadoras no campo da física nuclear, mas também a chave para entender as estrelas de nêutrons, um dos objetos mais enigmáticos e fascinantes do nosso universo.

Comparação entre teoria e experimento

Um dos maiores desafios da física nuclear hoje é entender a forte interação entre partículas com diferentes conteúdos de quark desde os primeiros princípios, isso é, partindo da forte interação entre os constituintes das partículas, os quarks e os glúons, que transmitem a força de interação.

A teoria da interação forte pode ser usada para determinar a força da interação. Contudo, esses cálculos não fornecem previsões confiáveis ​​para núcleons normais com quarks up e down, mas para núcleons que contêm quarks pesados, como hyperons que contêm um ou mais quarks estranhos.

Os experimentos para determinar a interação forte são extremamente difíceis porque os hiperons são partículas instáveis ​​que decaem rapidamente após a produção. Essa dificuldade tem impedido até agora uma comparação significativa entre teoria e experimento. O método de pesquisa implantado pela Prof. Laura Fabbietti agora abre uma porta para estudos de alta precisão da dinâmica da força forte no Grande Colisor de Hádrons (LHC).

Medição da força forte mesmo para o hyperon mais raro

Quatro anos atrás, Prof. Fabbietti, professor de Matéria Hadrônica Densa e Estranha na TUM, propôs empregar uma técnica chamada femtoscopia para estudar a forte interação no experimento ALICE. A técnica permite investigar escalas espaciais próximas a 1 femtômetro (10 ^ -15 metros) - sobre o tamanho de um próton - e o alcance espacial da ação da força forte.

Enquanto isso, O grupo do Prof. Fabbietti na TUM conseguiu não apenas analisar os dados experimentais para a maioria das combinações hiperon-nucleon, eles também conseguiram medir a forte interação para o mais raro de todos os hiperons, o Omega, consistindo em três quarks estranhos. Além disso, o grupo também desenvolveu sua própria estrutura capaz de produzir previsões teóricas.

"Meu grupo TUM abriu um novo caminho para a física nuclear no LHC, um que envolve todos os tipos de quarks, alcançando uma precisão inesperada em um lugar que ninguém olhou até agora, "diz o prof. Fabbietti. O trabalho publicado agora na" natureza "apresenta apenas algumas das muitas interações medidas pela primeira vez.

As estrelas de nêutrons contêm hiperons?

Compreender a interação entre hiperons e núcleons também é extremamente importante para testar a hipótese de se as estrelas de nêutrons contêm hiperons. As forças que existem entre as partículas têm influência direta no tamanho de uma estrela de nêutrons.

Até aqui, a relação entre a massa e o raio de uma estrela de nêutrons é desconhecida. No futuro, O trabalho do Prof. Fabbietti, portanto, também ajudará a resolver o enigma das estrelas de nêutrons.