Neste verão, o acelerador de partículas mais poderoso do mundo entrará em hibernação. Mas antes disso, apresenta algumas descobertas de última hora: o irmão mais importante do próton comum.
Em um declaração hoje, a colaboração Large Hadron Collider beauty (LHCb) do CERN – a instituição suíça unidade especializada em pesquisa de matéria-antimatéria—anunciou a descoberta de uma partícula inteiramente nova, uma partícula pesada semelhante a um próton com dois quarks charm. Comparada a um próton comum, a partícula, chamada Xi-cc-plus, é cerca de quatro vezes mais pesada e muito instável, durando cerca de 45 femtossegundos (um femtossegundo equivale a um quatrilionésimo de segundo).
As descobertas foram primeiro apresentado na conferência Rencontres de Moriond e em breve será detalhado em um artigo científico formal, segundo o LHCb.
Compreendendo o comportamento do quark-y
Quarks são partículas fundamentais – o que significa que não podem ser decompostas em partes menores – que servem como blocos de construção de prótons e nêutrons, de acordo com os EUA. Departamento de Energia. E esses prótons e nêutrons, por sua vez, formam átomos e moléculas maiores que constituem toda a matéria.
Esses quarks vêm em seis sabores diferentes – up, down, charm, estranho, top e bottom – com massas e cargas elétricas variadas. Esses sabores se combinam em grupos de dois ou três para criar partículas compostas, ou hádrons (daí o Grande Colisor de “Hádrons”). Por exemplo, prótons tem dois quarks up e um quark down, enquanto nêutrons tem dois quarks down e um quark up.
Encontrando o gêmeo próton volátil
Xi-cc-plus, por outro lado, substitui os dois quarks up em prótons por quarks charm, que são mais pesados que os quarks up, mas têm a mesma carga. De acordo com o CERN, a maioria dos hádrons raramente são tão estáveis quanto o próton, decaindo rapidamente em outras formas de partículas mais estáveis. Na verdade, os físicos previram a existência e a massa desta partícula há cerca de duas décadas, e as novas descobertas agora validam as afirmações anteriores e as expectativas teóricas relevantes, de acordo com pesquisadores do LHCb em um estudo. declaração da Universidade de Manchester.
Para estudar estas partículas de vida curta, os físicos do LHC esmagam partículas de alta energia e estudam cuidadosamente o resultado do processo de decaimento que se segue. Isso lhes permite deduzir as propriedades da partícula produzida na colisão. Encontrar o Xi-cc-plus exigiu a observação de cerca de 915 desses eventos, auxiliado por um Atualização 2023 para equipamentos LHCb. A atualização recente produz mais colisões e rastreia o decaimento das partículas com maior precisão.
A força mais forte da natureza
Notavelmente, Xi-cc-plus é o 80º hádron descoberto por todos os experimentos do LHC. É verdade que essas partículas não duram muito e são terrivelmente difíceis de produzir. Ainda assim, cada descoberta aproxima os físicos da explicação dos mistérios não resolvidos que cercam a força forte, a força natural mais poderosa que liga prótons e nêutrons.
O porta-voz do LHCb, Vincenzo Vagnoni, observou na declaração que o Xi-cc-plus contribuirá para testar “modelos de cromodinâmica quântica, a teoria da força forte que une os quarks não apenas em bárions e mésons convencionais. [types of composite particles] mas também hádrons mais exóticos, como tetraquarks e pentaquarks.”
As descobertas também falam dos altos retornos das atualizações de “hardware” para gigantescas máquinas físicas. Para colocar isto em perspectiva, a descoberta real do Xi-cc-plus ocorreu em 2024, apenas um ano após as atualizações do LHCb. E novamente, o LHC está preparado para obter um grande atualização começando neste verão – portanto, a próxima década deverá ser, de fato, um momento emocionante para a física de partículas.
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