O experimento LHCb (Large Hadron Collider beauty) no CERN (European Organization for Nuclear Research) apresentou uma nova descoberta na Conferência da Sociedade Física Europeia sobre Física de Altas Energias.
© CERN (tetraquark Tcc+)
A nova partícula descoberta pelo LHCb, rotulada como Tcc+, é um tetraquark, um hádron exótico contendo dois quarks e dois antiquarks. É a partícula de matéria exótica de vida mais longa já descoberta.
Os quarks são os blocos de construção fundamentais a partir dos quais a matéria é construída. Eles se combinam para formar hádrons, ou seja, bárions, como o próton e o nêutron, que consistem em três quarks, e os mésons, que são formados como pares quark-antiquark.
Nos últimos anos, vários dos chamados hádrons exóticos, partículas com quatro ou cinco quarks, em vez dos convencionais dois ou três, foram encontrados. A descoberta é de um hádron exótico particularmente único. A nova partícula contém dois quarks charm e um antiquark up e um antiquark down. Vários tetraquarks foram descobertos nos últimos anos (incluindo um com dois quarks charm e dois antiquarks charm), mas este é o primeiro que contém dois quarks charm, sem antiquarks charm para equilibrá-los.
Partículas contendo um quark charm e um antiquark charm têm “charmo culto”, o número quântico charm de toda a partícula é igual a zero. Aqui, o número quântico charm soma dois, portanto, tem o dobro de charm!
O conteúdo quark do Tcc+ possui outras características interessantes além de ser um charm aberto. É a primeira partícula a ser encontrada pertencente a uma classe de tetraquarks com dois quarks pesados e dois antiquarks leves. Estas partículas decaem ao se transformar em um par de mésons, cada um formado por um dos quarks pesados e um dos antiquarks leves.
De acordo com algumas previsões teóricas, a massa dos tetraquarks deste tipo deve ser muito próxima da soma das massas dos dois mésons. Tal proximidade em massa torna o decaimento “difícil”, resultando em uma vida útil mais longa da partícula e, de fato, a partícula Tcc+ é o hádron exótico de vida mais longa encontrado até hoje.
A descoberta abre caminho para a busca por partículas mais pesadas do mesmo tipo, com um ou dois quarks charm substituídos por quarks bottom. A partícula com dois quarks bottom é especialmente interessante: de acordo com os cálculos, sua massa deveria ser menor que a soma das massas de qualquer par de mésons B. Isto tornaria o decaimento não apenas improvável, mas realmente proibido: a partícula não seria capaz de decair por meio da interação forte e teria que fazê-lo por meio da interação fraca, o que tornaria seu tempo de vida várias ordens de magnitude mais longo do que o de qualquer hádron exótico observado anteriormente.
O novo tetraquark Tcc+ é um alvo atraente para estudos futuros. As partículas nas quais ele decai são comparativamente fáceis de detectar e, em combinação com a pequena quantidade de energia disponível no decaimento, isto leva a uma excelente precisão em sua massa e permite o estudo dos números quânticos desta partícula fascinante. Isto, por sua vez, pode fornecer um teste rigoroso para modelos teóricos existentes e pode até mesmo permitir que efeitos anteriormente inalcançáveis sejam sondados.
Fonte: CERN
