MADRID 28 jul. (EUROPA PRESS) -
A colaboração internacional que opera o experimento ATLAS no Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN observou o toponium, uma união das partículas elementares mais pesadas, o quark superior.
Na física, é o que se conhece como um estado quase ligado, uma união temporária entre partículas que é instável e acaba se desintegrando, de acordo com o Conselho Nacional de Pesquisa da Espanha (CSIC).
Durante décadas, acreditou-se que esse estado era impossível de ser detectado. Agora, o experimento ATLAS confirma a observação do toponium feita pelo experimento CMS também no LHC. Um grupo do Instituto de Física Corpuscular (IFIC), um centro conjunto do CSIC e da Universidade de Valência (UV), desempenhou um papel importante na detecção desse novo sistema quântico.
Tudo o que vemos no universo, inclusive nós mesmos, é composto de quarks. Entre eles, o quark superior é, por natureza, uma partícula solitária.
Ao contrário de outros quarks, que podem se combinar para formar hádrons (como os prótons que formam o núcleo do átomo), o quark superior decai quase instantaneamente, sem tempo para formar estados ligados.
Na física, um estado ligado é aquele em que uma partícula fica presa em uma região do espaço com outras partículas porque não tem energia suficiente para escapar. Ele é estável, ao contrário do estado quase ligado, em que a partícula pode escapar e é temporário e instável.
A mecânica quântica, a física que explica o comportamento de átomos e partículas, permite, sob condições excepcionais, que um quark top e sua antipartícula, um antiquark top, sobrevivam por tempo suficiente para interagir e formar toponium, um estado de quasibond extremamente curto.
Durante décadas, no entanto, esse estado foi considerado praticamente impossível de ser detectado no LHC, o maior acelerador de partículas do mundo, onde os cientistas esmagam prótons em velocidades próximas à da luz para recriar as condições em que o universo surgiu.
Há algum tempo, em um dos grandes experimentos do LHC, chamado CMS, algo incomum foi observado nos dados registrados entre 2016 e 2018: um excesso de pares de quark-antiquark top (sua antipartícula, idêntica em tudo, exceto na carga elétrica).
Embora esse tipo de excesso possa ser interpretado como um sinal de novas partículas, a localização exata do fenômeno levou a equipe a considerar uma possibilidade diferente: a formação de toponium.
Em 8 de julho, a colaboração ATLAS, que envolve mais de 5.000 cientistas e técnicos de todo o mundo, anunciou, independentemente do CMS, a observação do mesmo fenômeno, analisando dados obtidos entre 2015 e 2018. Os resultados estão em estreita concordância com os resultados obtidos pela colaboração CMS, reforçando a interpretação de que se trata de um novo estado quântico quase ligado chamado topônio.
O Instituto de Física Corpuscular (IFIC) está envolvido desde seu início no experimento ATLAS no LHC e tem tido uma presença proeminente no grupo de física de quarks superiores. O pesquisador do CSIC no IFIC Marcel Vos contribuiu para o processo de revisão desse resultado. Vos também coordena o LHC Top Working Group, a equipe responsável por todos os resultados relacionados ao top quark no LHC.
"Desde a detecção do quark top em 1995, a produção e as propriedades dessa partícula e de sua antipartícula têm sido estudadas em grande detalhe", explica Vos em um comunicado.
"Durante anos, acreditou-se que um estado ligado como o toponium seria indetectável, pois os efeitos dessa ligação eram muito sutis. Mas as análises do ATLAS e do CMS mostram que o LHC foi capaz de detectar essa ligação efêmera entre um quark top e um antiquark top, o que resultaria nesse novo estado quase ligado que já havia sido previsto em 1990, mesmo antes da descoberta do quark top", diz o cientista do CSIC.
Apesar da evidência clara de um fenômeno inesperado, a origem final do toponium ainda não foi esclarecida. Uma possível explicação alternativa seria a existência de uma nova partícula com uma massa próxima a duas vezes a do quark superior. Esses resultados mostram que ainda há muito a ser explorado no Modelo Padrão da física de partículas, a teoria que melhor descreve o universo visível.
Se a observação do toponium for confirmada, a descoberta será um novo marco em nossa compreensão dos constituintes mais fundamentais do universo, de acordo com os autores.
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