Tantettaus: Cientistas Detectam Uma Partícula Que Pode Ser Uma Nova Forma de Matéria
O artigo primeramente foi divulgado no site Mistérios do Mundo:
Imagem: Uma estrela de Nêutron. Crédito: Casey Reed/Penn State
Os físicos que trabalham no Grande Colisor de Hádrons viram uma partícula exótica que é a evidência mais forte até agora para uma nova forma de matéria chamada de tetraquark. Aqui está o que a descoberta poderia significar para a astrofísica.
Você já deve ter ouvido falar que o CERN anunciou a descoberta de uma partícula estranha conhecida como Z (4430). Um artigo resumindo os resultados foi publicado no arXiv, que é um repositório de artigos de física pré-impressão (ainda não revisada por pares).
A nova partícula é cerca de quatro vezes mais massiva que um próton, tem uma carga negativa, e parece ser uma partícula teórica conhecida como tetraquark. Os resultados ainda são prematuros, mas se esta descoberta for confirmada, pode ter implicações para a nossa compreensão das estrelas de nêutrons.
Imagem: Chandra.
Os blocos de construção da matéria são feitos de léptons (como o elétron e os neutrinos) e quarks (que formam os prótons, nêutrons e outras partículas). Quarks são muito diferentes das outras partículas na medida em que têm uma carga elétrica que é 1/3 ou 2/3 da do elétron e do próton. Eles também possuem um tipo diferente de "carga", conhecida como cor. Assim como cargas elétricas interagem através de uma força eletromagnética, cargas de cor interagem através da força nuclear forte. É a carga de cor dos quarks que trabalha para manter os núcleos dos átomos juntos. Carga de cor é muito mais complexa do que a carga elétrica. A carga elétrica é simplesmente positiva (+) ou negativa (-). Com a cor, existem três tipos (vermelho, verde e azul) e os seus opostos (anti-vermelhos, anti-verdes, e anti-azuis). [Os 7 elementos do universo]
Veja também: Afinal, o que são quarks?
Devido à forma como funciona a força forte, nunca podemos observar um quark livre. A força forte requer que os quarks sempre agrupem-se para formar uma partícula que é de cor neutra. Por exemplo, um próton é composto por três quarks (dois up e um down), onde cada quark tem uma cor diferente. Com a luz visível, acrescentar luz vermelha, verde e azul dá-lhe uma luz branca, que é incolor. Da mesma forma, a combinação de um quark vermelho, verde e azul dá-lhe uma partícula que é de cor neutra. Esta semelhança com as propriedades de cor da luz é responsável pelos quarks terem o nome de cores.
O tetraquark
Combinando um quark de cada cor em grupos de três é uma maneira de criar uma partícula de cor neutra, e estas são conhecidas como bárions. Prótons e nêutrons são os bárions mais comuns. Outra maneira de combinar quarks é emparelhar um quark de uma cor especial com o quark de sua anti-cor. Por exemplo, um quark verde e um quark anti-verde poderia se combinar para formar uma partícula de cor neutra. Estas partículas de dois quarks são conhecidas como mésons, e foram descobertas pela primeira vez em 1947. Por exemplo, o píon com carga positiva consiste em um quark up e uma antipartícula do quark down.
Segundo as regras da força forte, há outras maneiras que quarks poderiam se combinam para formar uma partícula neutra. Um destes, o tetraquark, combina quatro quarks, onde duas partículas têm uma cor particular, e as outras duas têm as anti-cores correspondentes. Outros, tais como o pentaquark (3 cores + um par cor anti-cor) e o hexaquark (3 cores + 3 anti-cores) têm sido propostos. Mas até agora todos eles eram hipotéticos. Enquanto essas partículas possam ser de cor neutra, é também possível que elas não são estáveis ​​e simplesmente decaem em bárions e mésons.
Houve algumas sugestões experimentais de tetraquarks, mas este último resultado é a evidência mais forte de quatro quarks que formam uma partícula neutra de cores. Isto significa que os quarks podem ser combinados de maneiras muito mais complexas do que o inicialmente esperado, e isso tem implicações para a estrutura interna de estrelas de nêutrons.
Crédito: ESO/Luís Calçada.
Muito simplesmente, o modelo tradicional de uma estrela de nêutrons é que ela é feita de nêutrons. Os nêutrons são compostos por três quarks (dois down e um up), mas pensa-se geralmente que as interações de partículas dentro de uma estrela de nêutrons são interações entre nêutrons. Com a existência de tetraquarks, é possível que nêutrons no interior do núcleo interajam com força suficiente para criar tetraquarks. Isso poderia até mesmo levar à produção de pentaquarks e hexaquarks, ou até mesmo que os quarks pudessem interagir individualmente, sem estar vinculados em partículas neutras de cores. Isso produziria um objeto hipotético conhecido como estrela de quarks.
Isso tudo é hipotético, neste ponto, mas a evidência verificada de tetraquarks forçará os astrofísicos a reexaminar alguns dos pressupostos que temos sobre o interior de estrelas de nêutrons.