Hoje, o experimento LHCb do Grande Colisor de Hádrons do CERN relatou a descoberta de uma classe de partículas conhecida como pentaquarks. A colaboração apresentou um documento relatando esses achados do jornal Physical Review Letters
“O pentaquark não é qualquer nova partícula,” disse o porta-voz do LHCb Guy Wilkinson. “Ela representa uma forma de agregar os quarks, nomeadamente os constituintes fundamentais dos ordinários prótons e nêutrons, em um padrão que nunca tem sido observado antes em mais de cinquenta anos de pesquisas experimentais. Estudar suas propriedades pode nos permitir compreender melhor como a matéria, os prótons e nêutrons, da qual nós todos somos feitos, constituem-se.”
Nossa compreensão da estrutura da matéria foi revolucionada em 1964, quando o físico norte-americano Murray Gell-Mann, propôs que uma categoria de partículas conhecidas como Bárions, que inclui os prótons e os nêutrons, compostas de três objetos carregados fracionados chamados quarks e uma outra categoria, os mésons, são formados de pares quark-antiquark. Gell-Mann foi premiado com o Nobel de física por este trabalho em 1969. Este modelo quark também permite a existência de outros estados compostos de quark, tais como pentaquarks, é composto por quatro quarks e um antiquark. Até agora, no entanto, nenhuma evidência conclusiva para a existência pentaquarks tinha sido vista.
Pesquisadores do LHCb procuraram estados de pentaquark examinando a decaimento de um bárion conhecido como Λb (Lambda b) em três outras partículas, um ѱ/J (J-psi), um próton e um Káon carregadas. Estudar o espectro de massas do J/ѱ e o próton, revelaram que certos estados intermediários às vezes estavam envolvidos na sua produção. Estes foram nomeados Pc(4450)+ e Pc(4380)+, o primeiro sendo claramente visível como um pico nos dados e o último sendo necessário para descrever os dados completamente.
“Beneficiando o grande conjunto de dados fornecido pelo LHC e a excelente precisão de nosso detector, nós examinamos todas as possibilidades para esses sinais e concluímos que eles só podem ser explicados pelos Estados de pentaquark”, disse o físico do LHCb Tomasz Skwarnicki da Universidade de Syracuse.
“Mais precisamente os estados devem ser formados de dois quarks up e um quark down, um quark charm um anti-quark charm.”
Experiências anteriores, que procuraram por pentaquarks provaram-se inconclusivas. O que difere o experimento LHCb é que ele tem sido capaz de olhar para os pentaquarks de várias perspectivas, com todos apontando para a mesma conclusão. É como se as pesquisas anteriores estivesse à procura de silhuetas no escuro. O LHCb conduziu a pesquisa com as holofotes iluminando todos os ângulos. O próximo passo na análise será estudar como os quarks são vinculados juntos dentro do pentaquarks.
“Os quarks poderiam ser rigidamente vinculados,” disse o físico do LHCb Liming Zhang, da Universidade de Tsinghua, “ou eles podem ser vagamente vinculados em um tipo de molécula de méson-bárion, em que o méson e bárion sentem uma força forte residual semelhante a uma ligação de prótons e nêutrons para para formar o núcleo do átomo”.
Mais estudos serão necessários para distinguir entre estas possibilidades e ver o que mais os mais pentaquarks podem nos ensinar. Os novos dados que o LHCb coletará permitirá realizar progressos nestas questões.
Traduzido e adaptado de Phys