O próton é uma das partículas subatômicas que compõem o núcleo de um átomo. Por mais pequenos que sejam os prótons, eles são compostos de partículas subatômicas ainda menores conhecidas como quarks, que vêm em muitos sabores ou tipos: up, down, charm, esquisito, verdadeiro e adorável.
Um próton é geralmente considerado composto de dois quarks up e um quark down. Mas um novo estudo mostra que as coisas podem ser muito mais complicadas.
Os prótons também podem conter um quark encantado, uma partícula elementar cuja massa excede a massa do próprio próton. Mais estranho ainda, quando o próton contém um quark encantado, a partícula pesada ainda carrega cerca de metade da massa do próton.
Toda a descoberta se resume ao mundo probabilístico da física quântica. Embora um quark encantado seja pesado, a probabilidade de ocorrer em um próton é bem pequena, então uma grande massa e uma baixa probabilidade basicamente se cancelam.
Em outras palavras, a massa total do quark encantado não é absorvida pelo próton, mesmo que o quark encantado esteja presente.
Embora os prótons estejam no centro da estrutura dos átomos que compõem toda a matéria, eles também são muito complexos.
Os físicos realmente não conhecem a estrutura fundamental dos prótons. A física quântica acredita que, além dos quarks up e down conhecidos, outros quarks podem se transformar em prótons de tempos em tempos, diz Stefano Forte, físico da Universidade de Milão e autor de um novo artigo publicado na revista Nature.
Existem seis tipos de quarks. Três deles são mais pesados que os prótons e três são mais leves. O quark encantado é o mais leve do grupo pesado, então os pesquisadores queriam começar com ele para ver se o próton poderia conter um quark mais pesado que ele. Eles fizeram isso aplicando uma nova abordagem a 35 anos de dados de colisão de partículas.
Para aprender sobre a estrutura de partículas subatômicas e elementares, os pesquisadores colidem partículas umas com as outras a velocidades incríveis em aceleradores de partículas como o Large Hadron Collider, o maior acelerador do mundo localizado perto de Genebra.
Cientistas da colaboração NNPDF coletam esses dados de destruição de partículas desde a década de 1980. Observando os traços de colisões, os físicos podem reconstruir o estado inicial das partículas.
No novo estudo, os cientistas alimentaram todos esses dados de colisão em um algoritmo de aprendizado de máquina projetado para procurar padrões sem noções preconcebidas de como as estruturas poderiam ser.
O algoritmo retornou as estruturas possíveis e a probabilidade de que elas realmente existissem.
O estudo revelou uma chance pequena, mas não desprezível, de encontrar um quark encantado, dizem os cientistas. O nível de evidência não foi alto o suficiente para os pesquisadores anunciarem a inegável descoberta de um quark encantado em prótons, dizem eles, mas os resultados são a primeira evidência concreta de que ele poderia existir lá.
Segundo Stefano Forte, a estrutura do próton é importante porque, para descobrir novas partículas elementares, os físicos terão que encontrar diferenças sutis entre o que as teorias sugerem e o que realmente é observado. Isso requer medições extremamente precisas de estruturas subatômicas.
Por enquanto, os físicos ainda precisam de mais dados sobre o charme indescritível dentro do próton. Experimentos futuros podem ajudá-los com isso.
O estudo foi publicado na revista Nature.
2022-08-22 16:02:41
Autor: Vitalii Babkin