Um estudo internacional liderado pela Universidade de Bonn encontrou evidências de um efeito há muito procurado em dados de aceleradores. A chamada "singularidade do triângulo" descreve como as partículas podem mudar suas identidades trocando quarks, assim, imitando uma nova partícula. O mecanismo também fornece novos insights sobre um mistério que há muito intrigava os físicos de partículas:prótons, nêutrons e muitas outras partículas são muito mais pesadas do que se poderia esperar. Isso se deve às peculiaridades da forte interação que mantém os quarks unidos. A singularidade do triângulo pode ajudar a entender melhor essas propriedades. A publicação já está disponível em Cartas de revisão física .

Em seu estudo, os pesquisadores analisaram dados do experimento COMPASS na Organização Européia para Pesquisa Nuclear CERN em Genebra. Lá, certas partículas chamadas píons são levadas a velocidades extremamente altas e disparadas contra átomos de hidrogênio.

Píons consistem em dois blocos de construção, um quark e um anti-quark. Eles são mantidos juntos pela forte interação, muito parecido com dois ímãs cujos pólos se atraem. Quando os ímãs são afastados uns dos outros, a atração entre eles diminui sucessivamente. Com a interação forte é diferente:aumenta de acordo com a distância, semelhante à força de tração de um elástico de alongamento.

Contudo, o impacto do píon no núcleo do hidrogênio é tão forte que o elástico se rompe. A "energia de alongamento" armazenada nele é liberada de uma só vez. "Isso é convertido em matéria, que cria novas partículas, "explica o Prof. Dr. Bernhard Ketzer do Instituto Helmholtz de Radiação e Física Nuclear da Universidade de Bonn." Experimentos como esses, portanto, nos fornecem informações importantes sobre a forte interação. "

Sinal incomum

Em 2015, Os detectores COMPASS registraram um sinal incomum após esse teste de colisão. Parecia indicar que a colisão havia criado uma nova partícula exótica por algumas frações de segundo. "As partículas normalmente consistem em três quarks - isso inclui os prótons e nêutrons, por exemplo — ou, como os píons, de um quark e um antiquark, "diz Ketzer." Este novo estado intermediário de curta duração, Contudo, parecia consistir em quatro quarks. "

Junto com seu grupo de pesquisa e colegas da Universidade Técnica de Munique, o físico agora submeteu os dados a uma nova análise. “Conseguimos mostrar que o sinal também pode ser explicado de uma maneira diferente, isso é, pela mencionada singularidade do triângulo, "ele enfatiza. Este mecanismo foi postulado já na década de 1950 pelo físico russo Lev Davidovich Landau, mas ainda não foi provado diretamente.

De acordo com isso, a colisão de partículas não produziu um tetraquark, mas um intermediário quark-antiquark completamente normal. Esse, Contudo, desintegrou-se novamente imediatamente, mas de uma maneira incomum:"As partículas envolvidas trocaram quarks e mudaram suas identidades no processo, "diz Ketzer, que também é membro da Área de Pesquisa Transdisciplinar "Building Blocks of Matter and Fundamental Interactions" (TRA Matter). "O sinal resultante então se parece exatamente com o de um tetraquark com uma massa diferente." Esta é a primeira vez que tal singularidade de triângulo foi detectada imitando diretamente uma nova partícula nesta faixa de massa. O resultado também é interessante porque permite novos insights sobre a natureza da interação forte.

Apenas uma pequena fração da massa do próton pode ser explicada pelo mecanismo de Higgs

Prótons, nêutrons, píons e outras partículas (chamadas de hádrons) têm massa. Eles obtêm isso do chamado mecanismo de Higgs, mas obviamente não exclusivamente:um próton tem cerca de 20 vezes mais massa do que pode ser explicado apenas pelo mecanismo de Higgs. “A parte muito maior da massa de hádrons se deve à forte interação, "Ketzer explica." Exatamente como as massas de hádrons surgem, Contudo, ainda não está claro. Nossos dados nos ajudam a entender melhor as propriedades da interação forte, e talvez as maneiras pelas quais contribui para a massa das partículas. "