Estranha paisagem de partículas dentro de um próton mapeada como nunca antes: WebCuriosos
O prótons e nêutrons que constituem os núcleos atômicos são compostos por um trio de partículas fundamentais ainda menores, conhecidas como quarks.
Um novo estudo mapeou agora com detalhes sem precedentes a distribuição dos diferentes tipos de quark dentro de um prótonexpandindo nossa compreensão dessa parte tão importante de um átomo.
Embora a paisagem quântica dentro dos prótons seja uma confusão fervilhante de quarks e seus antiquarks opostos aparecendo e desaparecendo, há um domínio geral de dois “sabores” sobre os outros; dois quarks up-flavor e um único quark down-flavor.
Liderada pelo físico teórico Shohini Bhattacharya, do Laboratório Nacional de Brookhaven, uma equipe de pesquisadores criou agora o mapa de maior resolução dos dois. sabores de quark.
“Nossos cálculos mostram que o quark up é distribuído de forma mais simétrica e espalhado por uma distância menor do que o quark down”, diz o físico teórico Swagato Mukherjee, do Brookhaven Lab.
As descobertas dos pesquisadores sugerem que os quarks up e down afetam o próton de maneira diferente em termos de energia interna, spin e várias outras propriedades. Isso, por sua vez, deve ajudar na análise de futuros experimentos de física fundamental.
Você pode pensar nisso como o estudo de um saco de bolinhas de gude: o saco é o próton e os quarks são as bolinhas mantidas frouxamente no lugar por partículas de 'glúons' mediadoras de força. A pesquisa mapeou as interações entre essas bolinhas de gude.
Uma variedade de técnicas analíticas avançadas foram usados para refletir a luz espalhada nas partículas e calcular suas mudanças no momento. Anteriormente, esses cálculos presumiam que as mudanças no momento seriam iguais, mas os cálculos da equipe confirmaram o contrário.
Isso permitiu medir mais eventos de dispersão com maior precisão, sem aumentar o poder de computação. Eles então aplicaram suas descobertas mais precisas a modelos para obter insights adicionais.
“Para obter um mapa detalhado, precisamos analisar muitas interações de espalhamento, envolvendo vários valores de mudança de momento do próton,” diz Bhattacharya.
Incrivelmente, as reações dos quarks up e down foram responsáveis por menos de 70% do spin do próton (o saco). Isto sugere que os glúons estão desempenhando um papel maior do que se supunha anteriormente.
Uma das principais técnicas utilizadas foi a treliça cromodinâmica quântica (QCD), que coloca quarks em uma estrutura 4D para modelá-los com precisão com a ajuda de um supercomputador. Todas as interações possíveis são avaliadas e, em seguida, são trabalhadas as diversas probabilidades de cada uma.
No final das contas, a equipe conseguiu mapear esse saco de bolinhas de gude com uma resolução cerca de 10 vezes maior do que os esforços anteriores. Quando se trata de trabalhos de física fundamental como este, essa resolução mais alta pode fazer uma enorme diferença.
Os cientistas ainda estão aprendendo mais sobre os quarks e como essas partículas fundamentais estabelecem a base para grande parte do que vemos no Universo.
Outros experimentos usando os novos cálculos como base já estão planejados para o Instalação de acelerador de feixe de elétrons contínuo (CEBAF) e o Colisor de elétrons-íons (EIC) – experimentos que examinarão as leis fundamentais da natureza e da própria matéria. Esses experimentos deverão ajudar a validar os modelos produzidos por este estudo.
“Essas duas coisas complementares – a teoria e o experimento – têm que ser combinadas para obter a imagem completa do próton”, diz físico Joshua Miller, da Temple University.
A pesquisa foi publicada em Revisão Física D.