'Hipernúcleos' raros foram detectados no Grande Colisor de Hádrons: WebCuriosos

Um tipo raro de partícula emergiu de colisões de prótons no Grande Colisor de Hádrons.

Entre 2016 e 2018, os físicos registaram mais de 100 hipernúcleos raros e instáveis ​​– núcleos atómicos que contêm um sabor invulgar de quark numa das suas partículas nucleares.

É uma descoberta que pode nos ajudar a entender a origem do misterioso antihélio detectado provisoriamente no grande além do cosmos.

O Grande Colisor de Hádrons é o que parece: uma máquina gigante para esmagar partículas em colisões de alta velocidade, para que os físicos possam examinar os restos e procurar coisas como partículas instáveis ​​e de vida curta que não podemos detectar de outra maneira.

Núcleos e antinúcleos – os corações dos átomos e suas antipartículas – são bastante comuns, compostos de bárions chamados prótons e nêutrons.

Os bárions, por sua vez, são constituídos por uma confusão espumosa de quarks e antiquarks, dominados em média por apenas três sabores; dois quarks up e um quark down para prótons, e um quark up e dois quarks down para nêutrons.

Muito menos comuns são os hipernúcleos, que contêm hiperons além de prótons e nêutrons. Nestes bárions, estranhos quarks aparecem.

Hypertriton é um desses hipernúcleos; consiste em prótons, nêutrons e hiperons Lambda, que contêm um quark estranho.

Hipernúcleos como o hipertríton são de intenso interesse, não apenas por si mesmos, mas também num contexto astrofísico.

Os cientistas acham que os hiperons podem se formam dentro de estrelas de nêutronso núcleos colapsados de estrelas outrora massivas que se transformaram em supernovas. Esses núcleos são tão densos que a física neles contida é difícil de sondar e compreender.

Mas eles também decaem muito rapidamente, por isso, se quisermos encontrar hipertrítons e suas antipartículas, um colisor de partículas é provavelmente o único lugar plausível para procurar.

Para encontrá-los, a colaboração do Large Hadron Collider Beauty (LHCb) utilizou uma nova técnica em dados recolhidos durante uma das execuções anteriores do colisor. Eles não detectaram hipertríton ou anti-hipertríton diretamente; em vez disso, encontraram os produtos de sua decadência.

À medida que as partículas instáveis ​​se desintegram, elas transformam-se numa cascata de partículas de menor massa.

Aqui está o que acontece. Os prótons colidem no Grande Colisor de Hádrons, resultando em uma liberação de energia que tem a chance de produzir uma sopa de partículas.

Neste caso raro, surge um hipertríton ou anti-hipertríton, que voa cerca de 40 centímetros (16 polegadas) em cerca de 240 picossegundos antes de decair em um antipróton e um par quark-antiquark com carga positiva chamado pião.

O píon voa para fora do núcleo, mas o antipróton permanece preso em seu interior, transformando o anti-hipertríton em antihélio.

O processo para o hipertríton segue o mesmo caminho, exceto que o hiperon decai em um próton e um píon com carga negativa, e o núcleo é transformado em um simples núcleo de hélio.

Esses píons e núcleos de hélio/antihélio são o que os pesquisadores detectaram nos dados do Large Hadron Collider, usando uma nova técnica para identificar hélio, algo para o qual o colisor não foi originalmente projetado. E ao medir as massas dos núcleos, a equipa conseguiu traçar a sua formação até ao decaimento dos hipertritões e dos anti-hipertritões: cerca de 61 dos primeiros e 46 dos últimos.

As implicações astrofísicas são emocionantes. Ao avaliar como o antihélio é criado e aniquilado no espaço, os físicos podem restringir melhor quanto dele poderia chegar à Terra. Isso poderia validar ou refutar a possível detecção de antihélio feita em 2018.

A descoberta oferece um novo meio para investigar as propriedades dos hipertritons. Mas a pesquisa também tem implicações mais amplas. A técnica de identificação do hélio, dizem os pesquisadores, também dá aos físicos uma nova ferramenta para estudar como os quarks nos bárions são mantidos juntos.

As descobertas foram apresentados no Conferência da Sociedade Física Europeia sobre Física de Altas Energiase será publicado em um próximo artigo.