A previsão da existência de uma partícula exótica composta de seis partículas elementares conhecidas como quarks pelos pesquisadores da RIKEN poderia aprofundar nossa compreensão de como os quarks se combinam para formar os núcleos dos átomos. A pesquisa foi publicada na revista Physical Review Letters.
Os quarks são os blocos fundamentais de construção da matéria. Os núcleos de átomos consistem de prótons e nêutrons, que por sua vez são formados por três quarks cada um. As partículas que consistem em três quarks são coletivamente conhecidas como baryons.
Os cientistas há muito ponderam sobre a existência de sistemas contendo dois baryons, que são conhecidos como dibaryons. Apenas um dibaryon existe no Nature-deuteron, um núcleo de hidrogênio composto por um próton e um nêutron que estão muito ligeiramente ligados um ao outro. Vislumbres de outros dibaryons foram capturados em experimentos de física nuclear, mas eles tinham existências muito fugazes.
“Embora o deuteron seja o único dibaryon estável conhecido, muitos mais dibaryons podem existir”, disse Takuya Sugiura do Programa Interdisciplinar de Ciências Teóricas e Matemáticas RIKEN. “É importante estudar quais pares de baryons formam dibaryons e quais não, pois isso proporciona valiosos insights sobre como os quarks formam a matéria”.
A cromodinâmica quântica é uma teoria altamente bem-sucedida que descreve como os quarks interagem uns com os outros. Mas o forte acoplamento que ocorre entre os quarks em bariões complica os cálculos da cromodinâmica quântica. Os cálculos se tornam ainda mais complexos quando se considera estados vinculados de baryons, como os dibarionários.
Agora, ao calcular a força atuando entre dois baryons contendo cada um três quarks de charm (um dos seis tipos de quarks), Sugiura e seus colegas de trabalho previram a existência de um dibaryon que chamaram de di-Omega charm.
Para este cálculo, a equipe resolveu a cromodinâmica quântica com cálculos numéricos em grande escala. Como os cálculos envolviam um vasto número de variáveis, eles utilizaram dois poderosos supercomputadores: o computador K e o supercomputador HOKUSAI. “Tivemos muita sorte em ter tido acesso aos supercomputadores, o que reduziu drasticamente o custo e o tempo para realizar os cálculos”, disse Sugiura. “Mas ainda levamos vários anos para prever a existência da di-Omega charm”.
Apesar da complexidade dos cálculos, a di-Omega charm é o sistema mais simples para estudar as interações entre os baryons. Sugiura e sua equipe estão agora estudando outros hadrons charm usando o supercomputador Fugaku, que é o sucessor mais poderoso do computador K. “Estamos especialmente interessados nas interações entre outras partículas contendo quarks charm”, disse Sugiura. “Esperamos lançar luz sobre o mistério de como os quarks se combinam para formar partículas e que tipo de partículas podem existir.”
