Prever as propriedades das partículas subatômicas antes de sua descoberta experimental tem sido um grande desafio para os físicos. Em um artigo recente publicado em 28 de julho em Cartas de revisão física Nilmani Mathur, do Tata Institute of Fundamental Research, Mumbai, e M. Padmanath, um ex-aluno do TIFR, previram os números quânticos de cinco Ω ⁰ _c bárions que foram recentemente descobertos por um experimento no Large Hadron Collider (a colaboração do LHCb) no CERN. Esses resultados ajudarão na compreensão da natureza das interações fortes no Universo.

Um bárion é uma partícula subatômica composta feita de três quarks de valência e é ligada por glúons por meio de fortes interações. O bárion mais conhecido é o próton que, junto com um elétron, constitui um átomo de hidrogênio. Uma imagem simplista de um próton é uma combinação de dois quarks up e um quark down. Na teoria das interações fortes, existem seis quarks, cada um com três cargas de cores. Esta teoria permite qualquer combinação de um quark e um anti-quark, bem como qualquer combinação de três quarks em um estado de cor neutra, resultando em variedades de partículas subatômicas chamadas mésons e bárions, respectivamente. A descoberta de muitos mésons e bárions desde meados do século 20, desempenhou um papel crucial na compreensão da natureza das interações fortes. Espera-se que muitos outros mésons e bárions sejam descobertos em experimentos em andamento no CERN e em futuros experimentos de alta energia.

Esses bárions recentemente descobertos são chamados de Ω ⁰ _c feito de dois quarks estranhos e um quark charme. Estes são os estados excitados de Ω ⁰ _c barion, muito parecido com os estados excitados do átomo de hidrogênio.

Cromodinâmica Quântica (QCD), que se acredita ser a teoria das interações fortes, é uma teoria altamente não linear e pode ser resolvida analiticamente apenas em energias muito altas, onde a intensidade das interações é muito pequena. Até o momento não há solução analítica de QCD para obter as propriedades das partículas subatômicas, como o próton e Ω _c . Isso exige a implementação numérica de QCD em redes de espaço-tempo que é conhecido como rede QCD (LQCD). Os métodos LQCD podem descrever o espectro de partículas subatômicas e também suas propriedades, como constantes de decadência. LQCD também desempenha um papel crucial na compreensão da matéria sob alta temperatura e densidade semelhante à condição nos primeiros estágios do universo.

Neste trabalho Padmanath e Nilmani previram os números quânticos desses recém-descobertos Ω ⁰ _c bárions que, de outra forma, eram desconhecidos experimentalmente. Na verdade, O trabalho de tese de Padmanath previu as massas dessas partículas quatro anos antes de sua descoberta. Usando métodos de ponta de LQCD e recursos computacionais do Departamento de Física Teórica e da Indian Lattice Gauge Theory Initiative (ILGTI), eles realizaram uma determinação precisa e sistemática de energias e números quânticos para a torre de estados excitados de Ω ⁰ _c bárions. Seus resultados previstos são comparados com os resultados experimentais (ver tabela). Os números quânticos previstos dessas partículas ajudarão a compreender as propriedades dessas partículas, o que, por sua vez, ajudará a compreender a natureza das interações fortes.

Desde 2001, Nilmani e seus colaboradores previram as massas de várias outras partículas subatômicas com diferentes conteúdos de quark, alguns dos quais já foram descobertos (depois de terem sido previstos) e muitos outros presumivelmente serão descobertos em experimentos futuros. Por exemplo, sua previsão da massa de Ξ _cc bárion (um bárion feito de dois quarks charme e um quark leve) já em 2001 e em 2014 foi confirmado pela descoberta desta partícula em 6 de julho, 2017, pela colaboração do LHCb.

Nilmani e Padmanath, juntamente com outros físicos teóricos do TIFR, estão atualmente estudando as propriedades de várias partículas subatômicas, particularmente aqueles feitos de quarks pesados, usando simulações de computador em grande escala. Eles usam as instalações computacionais do centro de computação de alto desempenho do ILGTI no Balloon Facility, Hyderabad, que hospeda um supercomputador Cray. Os resultados de seu trabalho ajudarão a compreender a natureza de fortes interações no Universo.