A existência da partícula Charm: partícula misteriosa que pode revelar mistérios do Big Bang

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Físico do laboratório de Brookhaven Flemming Videbaek durante a instalação do Heavy Flavor Tracker no detector STAR no RHIC, um colisor de partículas no Brookhaven National Laboratory. Novas descobertas do experimento revelam que os quarks de charm podem interagir mais com o plasma quark-gluon do que se pensava anteriormente. Crédito: BNL.

 

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Uma misteriosa partícula criada em uma ardente bola de fogo com uma esmagadora colisão de átomos está se comportando de forma singular, mostra uma nova experiência.

A partícula, chamada quark-charm, revelou interações surpreendentes com as partículas subatômicas vizinhas, mostram as análises. Essa descoberta poderia melhorar a compreensão dos cientistas sobre as condições que existiam logo após o Big Bang , quando o universo estava permeado por uma sopa primordial de partículas elementares e, possivelmente, mostra pistas de física além do que os cientistas compreende hoje em dia.

O comportamento surpreendente do quark-charm foi detectado pela primeira vez no Brookhaven National Laboratory’s Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) em Upton, Nova Iorque, que pretende recriar condições nos trilhões de segundo depois do Big Bang. A chave para a nova observação é o Heavy Flavor Tracker (HFT), um conjunto de fotodetectores ultra-sensíveis recentemente instalados, semelhantes aos de câmeras digitais. Usando o HFT, pela primeira vez, os pesquisadores mediram diretamente o comportamento dos quarks-charm à medida que emergiam da bola de fogo trilhão de graus, para recriar os primeiros momentos do universo.

 

Para recriar essas condições primitivas, o RHIC dispara átomos de ouro  um contra o outro quase a velocidade  da luz. À medida que colidem, os átomos se dividem em uma sopa de partículas elementares e de fluxo livre conhecidas como plasma quark-gluon. Os quarks compõem partículas mais familiares, como prótons e nêutrons, enquanto os gluões são os portadores da força nuclear forte que mantém os quarks juntos.

As medidas indicam aos físicos se seus modelos de campos que ligam quarks e gluons, com base em uma teoria chamada cromodinâmica quântica, estão corretos, de acordo com um novo estudo que detalha os achados.

“Você pode estudar como o meio nuclear se comporta e funciona a essas altas temperaturas”, disse o cientista do Laboratório Nacional de Brookhaven, Flemming Videbaek, co-autor do estudo, à Live Science.

Quarks e suas homólogas partículas de antimatéria vêm em seis variedades, conhecidas pelos físicos como “sabores”: up, down, top, bottom, strange e charm. Elas têm massas diferentes; Os quarks up e down que compõem prótons e nêutrons são os mais leves. Os quarks charm são o segundo mais pesado, atrás dos quarks top. Eles nunca se formam em condições comuns na Terra; Um acelerador de partículas é necessário para que eles venham “à existência”.

A famosa equação de Einstein: E=MC² diz que energia e massa são a mesma coisa, e quando os núcleos atômicos colidem no RHIC, a energia é tão grande que cria partículas mais pesadas e exóticas, como quarks charm.

Uma das partículas formadas por esta grande colisão é o D-zero, composto por um quark-charm e um quark anti-up. Os D-zeros viajam em uma fracção de um milímetro antes de decair e tornar-se duas outras partículas: kaons and pions. São os kaons e pions que os experimentadores realmente “vêem” com o HFT.

O que surpreendeu os pesquisadores foi que o fluxo de plasma quark-gluon pegou as pesadas partículas D-zero. A bola de fogo emitiu mais D-zeros da parte mais larga do que das extremidades, em vez de uma maneira uniformemente distribuída. Modelos anteriores predisseram que o D-zero, que contém o quark de charm pesado, era muito maciço para interagir com os quarks e glúons no plasma. De acordo com esses modelos, sua massa significaria que o D-zero disparou muito rápido, antes que as forças do plasma pudessem agir sobre isso, e o plasma não duraria o suficiente para produzir muita interaçãoEm vez disso, o plasma quark-gluon tem uma baixa viscosidade; Se fosse fluido, fluiria livremente, disse Videbaek.

“O fato de ter uma baixa viscosidade significa que ele interage bastante [com as partículas] “, disse Videbaek. Isso significa que “alguns dos modelos estavam bastante distantes da verdade”.

Além de ajudar os cientistas a refinarem seus modelos, os quarks de charm revelaram mais detalhes sobre o comportamento do plasma quark-gluon. Saber mais sobre o que esses plasmas realmente fazem ajuda os cientistas a entender o que procurar se buscam novas leis físicas e os ajudam a entender as implicações de quem eles já conhecem.

Em experimentos futuros, a equipe espera obter uma visão do comportamento de outras partículas pesadas e raras constituídas por quarks, como o meson B (ou “”beauty””), que é feito de um quark-bottom e um de seus “primos” mais leves,  disseVidebaek.

REFERÊNCIA: Rafael Coimbra, "A existência da partícula Charm: partícula misteriosa que pode revelar mistérios do Big Bang," in SoCientífica, 10 de junho de 2017, https://socientifica.com.br/existencia-da-particula-charm-particula-misteriosa-que-pode-revelar-misterios-do-big-bang/.

Rafael Coimbra

Rafael Coimbra

Olá, sou o Rafael! Fascinado por ciência e filosofia desde pequeno, amo pesquisar e aprender coisas novas. Graduado em Física e pesquisador nas horas vagas.

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