Tudo ao nosso redor tem massa, mas a sua origem continua a ser uma das maiores questões sem resposta da física. Segundo a teoria moderna, a massa não provém apenas da matéria em si. Pelo contrário, tem a ver com as propriedades do vácuo, que não é um vácuo, mas um ambiente dinâmico com estruturas complexas. O estudo de sistemas de partículas especiais pode ajudar os cientistas a compreender melhor esta estrutura oculta e como a massa é criada.
Uma abordagem promissora envolve mésons, partículas compostas de quarks e antiquarks ligados a núcleos atômicos. Essa combinação é chamada de mesocore. Ao examinar esses sistemas, os pesquisadores podem investigar a estrutura do vácuo e os mecanismos que dão massa às partículas. Agora, novos resultados experimentais revelam evidências de um tipo inteiramente novo de núcleo médio, aproximando os cientistas desse objetivo.
Evidência de estados de partículas raros e exóticos
Uma equipe internacional de pesquisadores relatou sinais de um estado anteriormente invisível, mas teoricamente previsto, chamado núcleos eta’-mésicos. Suas descobertas, que serão publicadas na revista Physical Review Letters, sugerem que tais sistemas de amarração incomuns podem existir.
Sob certas condições, partículas de vida curta chamadas mésons – que vivem menos de um milionésimo de segundo – podem ficar temporariamente presas dentro do núcleo. Quando isso acontece, eles desenvolvem um estado raro e estranho. O estudo desses núcleos médios pode ajudar os cientistas a entender como a força nuclear forte se comporta e como o vácuo muda em ambientes extremamente densos.
“Uma partícula de particular interesse é o méson eta”, disse o autor sênior Kenta Itahashi. “É invulgarmente pesado em comparação com partículas relacionadas, e os físicos esperam que a sua massa mude quando existe dentro da matéria nuclear. A observação deste fenómeno fornecerá informações valiosas sobre como a massa das partículas é gerada no Universo.”
Experimentos de alta precisão dentro de aceleradores de partículas
Para procurar núcleos eta’-mésicos, a equipe de pesquisa conduziu experimentos de alta precisão no GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, na Alemanha.
Os pesquisadores dispararam um feixe de prótons de alta energia contra um alvo de carbono. Este processo excita o núcleo de carbono e produz mésons eta’, que em alguns casos se combinam com o núcleo. Para estudar essas interações, a equipe mediu a energia de excitação dos núcleos de carbono analisando os deutérios (os núcleos atômicos mais simples compostos de um próton e um nêutron) liberados durante a reação. Essas medições foram realizadas usando um espectrômetro de alta resolução denominado separador de fragmentos (FRS).
O experimento também conta com um detector especializado chamado WASA, que foi originalmente desenvolvido em Uppsala, na Suécia. O dispositivo permite aos cientistas detectar prótons de alta energia saindo de um alvo e identificar sinais que indicam que os mésons eta’ foram produzidos e capturados dentro do núcleo. Esses sinais, chamados de assinaturas de decaimento, são cruciais para identificar estados exóticos.
“Com a nossa nova configuração experimental que combina FRS e WASA, podemos identificar estruturas nos dados que correspondem às características teóricas dos núcleos eta′-mésicos”, explica o autor principal Ryohei Sekiya. “Nossa análise mostra que esses estados vinculados realmente se formaram”.
O que os resultados revelam sobre a qualidade?
Os espectros de excitação dos núcleos de carbono medidos na experiência mostram um padrão consistente com a formação de núcleos eta’-mésicos. Os resultados também mostram que a massa do méson eta′ pode diminuir quando está dentro da matéria nuclear. A descoberta apoia previsões teóricas e fornece insights experimentais raros sobre como as propriedades das partículas mudam sob condições extremas.
“Nossas medições fornecem novas pistas importantes sobre o comportamento dos mésons na matéria nuclear”, disse Banqiao. “Isto aproxima-nos da resposta a questões profundas e fundamentais sobre como a matéria adquire massa e como a estrutura do vácuo dentro do núcleo muda.”
o que acontece a seguir
A equipe de pesquisa planeja realizar mais experimentos para melhorar a precisão da medição e procurar sinais adicionais de decaimento para confirmar a existência de núcleos eta′-mésicos. Cada novo resultado ajudará a aprofundar a nossa compreensão das leis fundamentais que regem a matéria e o universo.
O artigo “Espectros de excitação da reação 12C(p,d) próximo ao limiar de emissão do méson eta’ medido simultaneamente com prótons de alto momento” foi publicado em Cartas de revisão física.
