Você já se perguntou como o Sol cria a energia que obtemos dele todos os dias e como os outros elementos além do hidrogênio se formaram em nosso universo? Talvez você saiba que isso se deve a reações de fusão onde quatro núcleos de hidrogênio se unem para produzir um núcleo de hélio. Esses processos de nucleossíntese são possíveis apenas devido à existência, em primeiro lugar, de deuterons estáveis, que são formados por um próton e um nêutron. Sondando mais fundo, descobre-se que um deutério consiste em seis quarks leves. Interessantemente, a forte interação entre quarks, que traz estabilidade para deuterons, também permite várias outras combinações de seis quark, levando à possível formação de muitos outros núcleos semelhantes ao deutério. Contudo, nenhum desses núcleos, embora teoricamente especulado e pesquisado experimentalmente muitas vezes, ainda foram observados.

Tudo isso pode mudar com uma nova descoberta empolgante, Onde, usando um cálculo de primeiros princípios de última geração da cromodinâmica quântica de rede (QCD), a teoria básica de interações fortes, uma previsão definitiva da existência de outros núcleos semelhantes ao deutério foi feita pelos físicos do TIFR. Usando a facilidade computacional da Indian Lattice Gauge Theory Initiative (ILGTI), O Prof. Nilmani Mathur e o colega de pós-doutorado Parikshit Junnarkar no Departamento de Física Teórica previram um conjunto de núcleos exóticos, que não se encontram na Tabela Periódica. As massas desses novos núcleos exóticos também foram calculadas com precisão.

Essas novas partículas subatômicas poderiam ser feitas de seis quarks pesados ​​(charme e bottom) ou quarks pesados ​​e estranhos. Eles são estáveis ​​contra forte deterioração eletromagnética, mas - ao contrário do deuteron - eles podem se deteriorar por meio de interações fracas. Surpreendentemente, descobriu-se que a estabilidade de tais núcleos aumenta à medida que se tornam mais pesados. Essas previsões podem ajudar a descobrir essas novas partículas subatômicas em instalações experimentais.

Isso também abre a possibilidade da existência de muitos outros núcleos exóticos, que pode ser formado por meio da fusão de barions pesados, semelhante à formação de núcleos de elementos da Tabela Periódica. Em tais reações, esses núcleos semelhantes ao deutério poderiam muito bem desempenhar o mesmo papel que o deutério na nucleossíntese. A formação dessas novas partículas subatômicas também aumenta a possibilidade de um análogo de nível de quark da fusão nuclear, conforme discutido recentemente [ Natureza 551, 89 (2017)]. A formação de alguns desses estados por meio da fusão é altamente exotérmica, liberando energia de até 300 MeV / reação - uma possibilidade empolgante para a criação de energia algum dia no futuro!

Prevendo novas partículas subatômicas, particularmente com mais de três quarks, por meio de cálculos de primeiros princípios, exige-se um amálgama intrincado entre teoria e computação de alto desempenho. Não só requer uma compreensão sofisticada das questões teóricas do campo quântico, mas a disponibilidade de recursos computacionais em grande escala também é crucial. Na verdade, alguns dos maiores recursos computacionais científicos do mundo estão sendo utilizados por teóricos de calibre de rede, como os do TIFR, que estão tentando resolver o mistério das fortes interações de nosso Universo por meio de suas investigações dentro do mundo feminino (ou seja, dentro de uma escala de cerca de um milhão de bilionésimos de um metro). Os métodos reticulados de QCD também podem desempenhar um papel crucial na compreensão da matéria sob condições de alta temperatura e densidade semelhantes às dos estágios iniciais do Universo após o Big Bang.