Cientistas detectam uma partícula que pode ser uma nova forma de matéria

Cientistas detectam uma partícula que pode ser uma nova forma de matéria

Você já deve ter ouvido falar que o CERN anunciou a descoberta de uma partícula estranha conhecida como Z (4430). Um artigo resumindo os resultados foi publicado no arXiv, que é um repositório de artigos de física pré-impressão (ainda não revisada por pares).

A nova partícula é cerca de quatro vezes mais massiva que um próton, tem uma carga negativa, e parece ser uma partícula teórica conhecida como tetraquark. Os resultados ainda são prematuros, mas se esta descoberta for confirmada, pode ter implicações para a nossa compreensão das estrelas de nêutrons.

Um cavalo de uma cor diferente

Cientistas detectam uma partícula que poderia ser uma nova forma de matéria

Os blocos de construção da matéria são feitos de léptons (como o elétron e os neutrinos) e quarks (que formam os prótons, nêutrons e outras partículas). Quarks são muito diferentes das outras partículas na medida em que têm uma carga elétrica que é 1/3 ou 2/3 da do elétron e do próton. Eles também possuem um tipo diferente de “carga”, conhecida como cor. Assim como cargas elétricas interagem através de uma força eletromagnética, cargas de cor interagem através da força nuclear forte. É a carga de cor dos quarks que trabalha para manter os núcleos dos átomos juntos. Carga de cor é muito mais complexa do que a carga elétrica. A carga elétrica  é simplesmente positiva (+) ou negativa (-). Com a cor, existem três tipos (vermelho, verde e azul) e os seus opostos (anti-vermelhos, anti-verdes, e anti-azuis). [Os 7 elementos do universo]

Veja também: Afinal, o que são quarks?

Devido à forma como funciona a força forte, nunca podemos observar um quark livre. A força forte requer que os quarks sempre agrupem-se para formar uma partícula que é de cor neutra. Por exemplo, um próton é composto por três quarks (dois up e um down), onde cada quark tem uma cor diferente. Com a luz visível, acrescentar luz vermelha, verde e azul dá-lhe uma luz branca, que é incolor. Da mesma forma, a combinação de um quark vermelho, verde e azul dá-lhe uma partícula que é de cor neutra. Esta semelhança com as propriedades de cor da luz é responsável pelos quarks terem o nome de cores.

O tetraquark

Combinando um quark de cada cor em grupos de três é uma maneira de criar uma partícula de cor neutra, e estas são conhecidas como bárions. Prótons e nêutrons são os bárions mais comuns. Outra maneira de combinar quarks é emparelhar um quark de uma cor especial com o quark de sua anti-cor. Por exemplo, um quark verde e um quark anti-verde poderia se combinar para formar uma partícula de cor neutra. Estas partículas de dois quarks são conhecidas como mésons, e foram descobertas pela primeira vez em 1947. Por exemplo, o píon com carga positiva consiste em um quark up e uma antipartícula do quark down.

Segundo as regras da força forte, há outras maneiras que quarks poderiam se combinam para formar uma partícula neutra. Um destes, o tetraquark, combina quatro quarks, onde duas partículas têm uma cor particular, e as outras duas têm as anti-cores correspondentes. Outros, tais como o pentaquark (3 cores + um par cor anti-cor) e o hexaquark (3 cores + 3 anti-cores) têm sido propostos. Mas até agora todos eles eram hipotéticos. Enquanto essas partículas possam ser de cor neutra, é também possível que elas não são estáveis ​​e simplesmente decaem em bárions e mésons.

Estrelas de quarks

Cientistas detectam uma partícula que poderia ser uma nova forma de matéria

Houve algumas sugestões experimentais de tetraquarks, mas este último resultado é a evidência mais forte de quatro quarks que formam uma partícula neutra de cores. Isto significa que os quarks podem ser combinados de maneiras muito mais complexas do que o inicialmente esperado, e isso tem implicações para a estrutura interna de estrelas de nêutrons.

Muito simplesmente, o modelo tradicional de uma estrela de nêutrons é que ela é feita de nêutrons. Os nêutrons são compostos por três quarks (dois down e um up), mas pensa-se geralmente que as interações de partículas dentro de uma estrela de nêutrons são interações entre nêutrons. Com a existência de tetraquarks, é possível que nêutrons no interior do núcleo interajam com força suficiente para criar tetraquarks. Isso poderia até mesmo levar à produção de pentaquarks e hexaquarks, ou até mesmo que os quarks pudessem interagir individualmente, sem estar vinculados em partículas neutras de cores. Isso produziria um objeto hipotético conhecido como estrela de quarks.

Isso tudo é hipotético, neste ponto, mas a evidência verificada de tetraquarks forçará os astrofísicos a reexaminar alguns dos pressupostos que temos sobre o interior de estrelas de nêutrons.

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