Os físicos da Florida State University estão usando colisões fóton-próton para capturar partículas em uma região de energia inexplorada, produzindo novos insights sobre a matéria que une partes do núcleo.

“Queremos entender não apenas o núcleo, mas tudo que compõe o núcleo, "disse o professor de física da FSU, Paul Eugenio." Estamos trabalhando para compreender as partículas e forças que constituem o nosso mundo. "

O grupo de física hadrônica da FSU é um dos principais membros da Colaboração GlueX no Thomas Jefferson National Accelerator Facility do Departamento de Energia dos EUA. O grupo realizou experimentos altamente sofisticados 24 horas por dia por meses a fio ao longo de vários anos a partir de 2016. Seu principal objetivo é descobrir novas informações sobre o material - chamado de campo gluônico - que une os quarks. Quarks são partículas fundamentais que criam prótons e nêutrons.

Em um novo artigo publicado em Cartas de revisão física , o grupo de física hadrônica da Florida State University e seus colaboradores apresentaram as primeiras medições de uma partícula subatômica - chamada de partícula J / psi - criada a partir da energia nas colisões fóton-próton.

"É muito legal ver, "disse o professor assistente de física Sean Dobbs." Isso está abrindo uma nova fronteira da física. "

Quando os pesquisadores realizam esses experimentos, eles lançam um feixe de fótons no espectrômetro GlueX, onde ele passa por uma lata de hidrogênio líquido e reage com os prótons no núcleo desses átomos de hidrogênio. De lá, os detectores medem as partículas criadas nessas colisões, o que permite aos físicos reconstruir os detalhes da colisão e aprender mais sobre as partículas criadas.

Dobbs comparou isso a um acidente de carro. Você pode não ver o naufrágio acontecer, mas você vê o resultado e pode trabalhar para trás. Nesse caso, pesquisadores coletaram cerca de um a dois milhões de gigabytes de dados por ano por meio desse processo para tentar montar o quebra-cabeça.

A partícula J / psi é composta de um par de quarks - um quark charme e um quark anti-charme. Ao medir a partícula J / psi nessas colisões, os cientistas também podem procurar a produção de outras partículas subatômicas contendo quark charme.

As medições foram feitas em um limite de energia abaixo de onde estudos anteriores analisaram os níveis de produção, o que significa que era mais sensível à distribuição dos glúons no próton e suas contribuições para a massa do próton.

Os cientistas descobriram uma produção muito maior de partículas J / psi do que o esperado, o que significa que esta estrutura gluônica é um grande contribuinte para a massa da estrutura do próton, e, portanto, o núcleo como um todo. Essas medições iniciais sugerem que os glúons contribuem diretamente com mais de 80 por cento da massa do próton. Medições adicionais dessas reações atualmente em andamento darão mais informações sobre como os glúons estão distribuídos ao redor do núcleo.

Essas medições também colocaram em questão as observações de experimentos no Grande Colisor de Hádrons, um detector de partículas no CERN, a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear. Os cientistas ali vislumbraram brevemente o que estão chamando de pentaquarks - partículas de vida curta feitas de cinco quarks.

Os físicos da FSU não viram especificamente pentaquarks em seus dados, o que descartou vários modelos que tentam descrever a estrutura desses pentacarcos. Outras medições em andamento devem dar uma resposta mais definitiva sobre como os cinco quarks estão dispostos nessas partículas.