O experimento LHCb no CERN. (Imagem: CERN)
Pode ser três pelo preço de um. A colaboração do LHCb encontrou duas partículas nunca antes vistas, bem como dicas de outra nova partícula, em colisões de prótons de alta energia no Large Hadron Collider (LHC). Estudos futuros das propriedades dessas novas partículas irão lançar luz sobre a força forte que liga partículas subatômicas chamadas quarks juntas.
As novas partículas são previstas pelo bem estabelecido modelo de quarks e pertencem à mesma família de partículas que os prótons que o LHC acelera e colide: bárions, compostos de três quarks. Mas o tipo de quarks eles contêm são diferentes: enquanto prótons contêm dois quarks up e um quark down, as novas partículas, apelidado Σ b (6097) + e Σ b (6097) - , são bárions fundo composto por um quark bottom e dois up quarks (buu) ou um quarks de fundo e dois de quarks (bdd) respectivamente. Quatro parentes dessas partículas, conhecidos como Σ b + , Σ b - , Σ b * + e Σ b * -, foram observados pela primeira vez em um experimento Fermilab, mas esta é a primeira vez que suas duas contrapartes de maior massa, Σ b (6097) + e Σ b (6097) - , foram detectadas.
A colaboração do LHCb encontrou essas partículas usando a técnica clássica de caça às partículas de procurar por um excesso de eventos, ou chocar-se, sobre um fundo suave de eventos em dados de colisões de partículas. Neste caso, os pesquisadores procuraram tais colisões na distribuição de massa de um sistema de duas partículas consistindo de um bárion neutro chamado Λ b 0 e uma partícula de quark-antiquark carregada chamada de mesão π. Eles encontraram dois ressaltos correspondentes ao Σ b (6097) + e Σ b (6097) -partículas, com significados colossais de 12,7 e 12,6 desvios padrão, respectivamente; cinco desvios padrão é o limite usual para reivindicar a descoberta de uma nova partícula. O 6097 nos nomes refere-se às massas aproximadas das novas partículas no MeV, cerca de seis vezes mais massivas que o próton.
A terceira partícula, chamado Z c - (4100) com a colaboração LHCb, é um possível candidato para um tipo diferente de besta quark, um feito não dos habituais dois ou três quark mas de quatro quarks (estritamente falando, dois quarks e dois antiquarks), dois dos quais são pesados quarks charme. Esses mesões exóticos, às vezes descritos como " tetraquarks ", bem como partículas de cinco quark chamados " pentaquarks ", há muito tempo foram previstos para existir, mas só recentemente foram descobertos. Procurando por estruturas nos decaimentos de mésons B mais pesados, os pesquisadores do LHCb detectaram evidências de Z c -(4100) com uma significância de mais de três desvios padrão, abaixo do limite para a descoberta. Estudos futuros com mais dados, no LHCb ou em outros experimentos, podem ser capazes de reforçar ou refutar essas evidências.
As novas descobertas, descritas em dois trabalhos publicados on-line e enviados para publicação em revistas de física, representam outro passo na compreensão dos físicos sobre a força forte, uma das quatro forças fundamentais da natureza.
Para mais informações, consulte o site do LHCb.
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