Uma nova família de tetraquarks lindos e encantadores:estudo ilumina um novo horizonte dentro da cromodinâmica quântica

Imagem esquemática do Tetraquark previsto, T_bc , composto por quatro quarks:beauty, charm quarks e dois anti-quarks light. Crédito:Nilmani Mathur

Explorando o domínio complexo das partículas subatômicas, pesquisadores do Instituto de Ciências Matemáticas (IMSc) e do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental (TIFR) publicaram recentemente uma nova descoberta na revista Physical Review Letters . O seu estudo ilumina um novo horizonte dentro da cromodinâmica quântica (QCD), lançando luz sobre partículas subatómicas exóticas e ampliando os limites da nossa compreensão da força forte.

No centro desta exploração está a enigmática força forte fundamental, que gera quase toda a massa de toda a matéria visível no universo. Um punhado de partículas fundamentais, conhecidas como quarks, envolvidas em interações intrigantes através da troca de glúons, criam todas as partículas subatômicas compostas que eventualmente formam toda a matéria visível do nosso universo.

Central para esta compreensão é a teoria da QCD, que rege a dinâmica de interações fortes. A QCD permite a formação de combinações de quarks de cor neutra em partículas subatômicas genericamente chamadas de hádrons. Tradicionalmente, os hádrons têm sido classificados em duas categorias principais:mésons, como os píons, compostos por um quark e um antiquark, e bárions, como os prótons, compostos por três quarks.

No entanto, para além destas categorias estão hádrons exóticos, incluindo aqueles com quatro, cinco ou seis quarks, e até partículas com glúons, como bolas de cola. Até há relativamente pouco tempo, a existência destes hádrons exóticos permanecia um território praticamente desconhecido para os físicos de partículas.

Ao longo da última década e meia, uma enxurrada de descobertas experimentais iluminou este domínio anteriormente obscuro, revelando ricos espectros de hádrons exóticos que desafiam as noções convencionais da força forte e desafiando a nossa compreensão das partículas subatómicas.

Entre esses hádrons exóticos estão os tetraquarks, que são compostos por quatro quarks (mais precisamente, dois quarks e dois anti-quarks). Eles poderiam existir em formas altamente compactas ou como moléculas fracamente ligadas de dois mésons ou qualquer outra coisa:suas estruturas precisas permanecem um mistério. Eles também são considerados os exóticos mais comuns e espera-se que muitos mais sejam descobertos no futuro.

Estudos teóricos podem ajudar nessas descobertas, prevendo seu conteúdo de quarks e possíveis faixas de energia. Neste trabalho recente, o Prof. Nilmani Mathur e um pós-doutorado, Dr. Archana Radhakrishnan, do Departamento de Física Teórica, TIFR, e o Dr. M. Padmanath do IMSc previram a existência de um novo tetraquark. Esta nova partícula subatômica é composta por um quark beauty e um charm junto com dois anti-quarks leves, e pertence a uma família de tetraquarks, chamada T_bc :os belos e encantadores tetraquarks.

Os pesquisadores utilizaram o recurso computacional da Indian Lattice Gauge Theory Initiative (ILGTI) para realizar este cálculo. A formação deste tetraquark em particular foi investigada usando as interações entre os mésons bottom e charm. Utilizando técnicas variacionais em espaçamentos de rede variados e massas de quarks leves de valência, este estudo investigou autovalores de energia dos sistemas de mésons em interação dentro de volumes finitos e concluiu a existência deste tetraquark.

Semelhante à partícula prevista, poderia haver outros tetraquarks com o mesmo conteúdo de quarks, mas com spin e paridade diferentes. Esta previsão chega num momento fortuito, coincidindo com a recente descoberta de um tetraquark (T_cc ) contendo dois quarks charmosos e dois anti-quarks leves.

Consequentemente, existe uma possibilidade distinta de que a partícula recentemente prevista ou uma variante relacionada possa muito bem ser descoberta utilizando metodologias experimentais semelhantes, dado que a gama de energia e a luminosidade necessárias para a sua produção e detecção estão a tornar-se cada vez mais acessíveis.

Além disso, a energia de ligação da partícula prevista excede a de qualquer tetraquark descoberto e a ligação enfraquece à medida que a massa do quark leve aumenta, aludindo à intricada dinâmica de interações fortes através de diversos regimes de massa de quark, bem como elucidando as características intrigantes da força forte. na formação de hádrons, particularmente aqueles com quarks pesados.

Isto também traz motivação adicional para a busca de partículas subatômicas exóticas mais pesadas em experimentos de próxima geração, que poderiam ser utilizadas para decifrar a força forte e desbloquear todo o seu potencial.

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