Físicos detectaram uma rara partícula ‘X’ desde o início do universo

Pesquisadores do Grande Colisor de Hádrons do CERN na Suíça detectaram recentemente uma partícula extremamente rara que eles acreditam ter existido no início do universo. A partícula – chamada de partícula X por enquanto, porque ninguém sabe exatamente o que é – foi produzida colidindo bilhões de íons pesados ​​dentro do famoso acelerador de partículas.

A equipe da CMS Collaboration, que coleta dados do Compact Muon Solenoid do LHC, esmagou átomos de chumbo pesados ​​em temperaturas de cerca de 5,5 trilhões de graus Celsius (9,9 trilhões de graus Fahrenheit). Os resultados da equipe são Publicados em Cartas de Revisão Física.

Os físicos teorizam que, nos primeiros momentos do universo após o Big Bang, a matéria era um plasma feito de quarks e glúons subatômicos amontoados em uma sopa superaquecida. (Somente quando o plasma esfriou vários microssegundos após o Big Bang, os prótons e nêutrons familiares tomaram forma, abrindo caminho para formas muito mais massivas de matéria.) Mas antes que o material esfriasse, alguns desses quarks e glúons colidiram, formando partículas mais enigmáticas, que os físicos chamam de partículas X.

As partículas X são raras hoje porque o universo não é mais tão denso nem tão quente, mas como Krishna Rajagopal, um físico de partículas do MIT que não é afiliado à pesquisa recente, disse em 2010: “Se você está interessado nas propriedades do universo de microssegundos, a melhor maneira de estudá-lo não é construindo um telescópio, é construindo um acelerador.”

A equipe conseguiu identificar 100 partículas X de uma massa específica, chamada X(3872), que sobreviveu por cerca de um sextilionésimo de segundo antes de decair. X(3872) foi encontrado pela primeira vez em 2003 pelo Colaboração Bela via bump hunting, que é quando os pesquisadores identificam uma quantidade inesperada de massa ou energia em seu sistema.

“O X(3872) é um animal estranho”, disse Patrick Koppenburg, físico do Instituto Nacional Holandês de Física Subatômica e membro da equipe do LHCb no CERN, em um e-mail ao Gizmodo. “Eu estava em Belle quando foi descoberto, e lembro que olhamos para a pequena protuberância sem entender o que estava acontecendo.”

No ano passado, a equipe de Koppenberg no LHCb descobriu uma nova espécie de tetraquark. Assim como o X(3872), aquele tetraquark teve uma vida útil fugaz – provavelmente pouco mais de um quintilionésimo de segundo. Embora outras partículas exóticas apareçam e desapareçam no LHC, X(3872) é a primeira partícula X detectada no plasma de quark-glúon gerado lá.

A equipe por trás do novo estudo foi capaz de imitar as condições do universo inicial, acelerando 13 bilhões de íons. Quando as partículas colidiram, elas produziram milhares de partículas carregadas de vida curta. Yen-Jie Lee, um Um físico do MIT e coautor da nova pesquisa, disse ao Gizmodo que é possível que outras partículas X possam estar nos dados recentes, mas os pesquisadores não tiveram uma boa maneira de identificá-las no ruído de fundo.

“O primeiro íon pesado em ‘Run 3’ está começando no final deste ano, e esperamos acumular mais dados com as execuções de colisão de chumbo em Run 3 e Run 4”, escreveu Lee em um e-mail. “Com um conjunto de dados muito maior, poderemos definir o tamanho do aprimoramento da produção de X na sopa de quarks e obter mais informações sobre sua estrutura interna”.

A identidade de X(3872) ainda é incerta. A equipe acha que a partícula poderia ser um tipo de molécula mesônica fracamente ligada (duas partículas subatômicas chamadas mésons ligados através da força forte) ou um tetraquark, um tipo de hádron composto de quatro quarks agrupados. “Até agora, as moléculas mesônicas ainda não foram observadas definitivamente, e X(3872) é uma boa”, disse Jing Wang, físico do MIT que liderou a análise dos novos dados., em um e-mail para o Gizmodo. “Se X(3872) for uma molécula mesônica, mostraremos que, no início do universo, deve haver diferentes tipos de moléculas mesônicas além dos hádrons comuns.”

“Quanto mais observo os dados, mais me convenço de que o X é uma superposição de uma molécula e um estado de charmônio”, disse Koppenberg. Descrevendo a ideia de sobreposição ainda, ele observou: “Nosso cérebro falha em representar essas coisas. … Não existe uma coisa ou outra na mecânica quântica. Se você não pode distinguir duas coisas, então a verdade deve ser ambas simultaneamente.”

Talvez as próximas execuções do LHC finalmente resolvam a identidade de X(3872). Claro, então seria tem um nome real e não será mais considerada uma partícula X.

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