A existência de uma partícula exótica composta por seis partículas elementares conhecidas como quarks, prevista pelos pesquisadores da RIKEN, pode aprofundar o entendimento de como os quarks se combinam para formar núcleos atômicos.
Quarks são os blocos de construção fundamentais da matéria. Os núcleos atômicos são formados por prótons e nêutrons, que, por sua vez, são compostos por três quarks cada. As partículas compostas por três quarks são conhecidas coletivamente como bárions.
Os cientistas há muito pensam na existência de sistemas contendo dois bárions, conhecidos como dibárions. Na natureza, existe apenas um dibário - o deutério, um núcleo de hidrogênio que consiste em um próton e um nêutron, que estão fracamente conectados entre si. Vislumbres de outros dibários foram encontrados em experimentos de física nuclear, mas sua existência foi muito fugaz.
"Embora o deutério seja o único dibário estável conhecido, pode haver muito mais dibárions", diz Takuya Sugiura do Programa Interdisciplinar de Ciências Teóricas e Matemáticas da RIKEN. "É importante estudar quais pares de bárions formam dibárions e quais não, porque isso fornece informações valiosas sobre como os quarks formam a matéria."
A cromodinâmica quântica é uma teoria muito bem-sucedida que descreve como os quarks interagem entre si. Mas o forte acoplamento que surge entre os quarks nos bárions complica os cálculos da cromodinâmica quântica. Os cálculos tornam-se ainda mais complexos ao considerar os estados de limite dos bárions, como os dibárions.
Agora, calculando a força entre dois bárions, cada um contendo três quarks charme (c-quark, um dos seis tipos de quarks), os cientistas previram a existência de um dibário, que eles chamaram de charme di-Omega.
Para este cálculo, a equipe resolveu a cromodinâmica quântica usando cálculos numéricos em grande escala. Como os cálculos envolviam um grande número de variáveis, eles usaram dois supercomputadores poderosos: o computador K e o supercomputador HOKUSAI.
“Tivemos a sorte de ter acesso a supercomputadores que reduziram drasticamente o custo e o tempo para concluir os cálculos”, disse Takuya Sugiura. "Mas ainda nos levou vários anos para prever a existência do charme di-Omega."
Apesar da complexidade computacional, o charme di-Omega é o sistema mais simples para estudar interações entre bárions.
Os pesquisadores agora estão estudando outros hádrons encantados com o supercomputador Fugaku, que é um sucessor mais poderoso do K.
“Estamos especialmente interessados nas interações entre outras partículas contendo quarks encantados”, diz Takuya Sugiura. "Esperamos esclarecer o mistério de como os quarks se combinam para formar partículas e quais partículas podem existir."
O estudo foi publicado na Physical Review Letters.
2021-12-11 21:23:00
Autor: Vitalii Babkin