O LHC será encerrado em breve este ano para uma longa fase de atualização, que durará quatro anos. Permitirá montar uma versão atualizada, com feixes de prótons mais brilhantes, para acelerar a coleta de dados e, talvez, descobrir partículas tão improváveis quanto fugazes, relacionadas à nova física.
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Mas antes de o LHC de alta luminosidade, também chamado HiLumi LHC, entrar em operação, os investigadores ainda irão examinar os dados recolhidos pelos quatro grandes detectores que equipam o LHC – e talvez fazer novas descobertas.
Desde o comissionamento do LHC, e embora tenham sido muito menos divulgadas por serem muito menos importantes que as do mítico bóson BEH, foram descobertas nada menos que 80 novas partículas, hádrons. O último foi anunciado muito recentemente e são mais uma vez os membros da colaboração LHCb que estão por detrás deste feito, conforme explicado num comunicado de imprensa do CERN.
Família de hádrons, primos do próton e cada um contendo três quarks, sendo pelo menos um deles em comum com o próton. © Colaboração LHC b
Um hiperon, mas também um bárion Xi
O novo hádron é na verdade um hiperon pertencente aos bárions Xi (notados Ξ seguindo a letra grega Xi), uma família de bárions que pode ter uma carga igual a +2, +1, 0 ou -1 e, onde e é a carga elementar, e que como todos os bárions contém três quarksmas em particular um quark acima ou um abaixo com dois quarks pesados (que podem ser estranho, charme Ou fundo).
Eles são instáveis e decaem rapidamente em cascata em partículas mais leves e foi assim que a descoberta de Ξ foi feita indiretamente.CC+ composto por dois quarks encantados e um quark abaixoestrutura semelhante à do próton, exceto que as duas partículas pesadas são quarks encantados e não quarks acimao que lhe confere massa quatro vezes maior.
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Lembre-se de que os quarks são partículas ainda hoje consideradas elementares, descobertas teoricamente há pouco mais de 60 anos, mas que talvez sejam elas próprias compostas, como a teoria rishon há muito propõe.
Os quarks existem em seis formas possíveis (falamos deles como “sabores”) e podem transportar primos de cargas elétricas chamados cores e que existem em três formas. Cada sabor de quark também existe na forma deantipartículas que pode ser encontrado na forma de estados interligados muito variados.
Descubra uma apresentação da colaboração LHCb no Cern neste vídeo. © Cern, YouTube
Para Vincenzo Vagnoni, porta-porta-voz do LHCb no comunicado de imprensa do Cern: “ É a primeira partícula identificada desde o trabalho de atualização do detector LHCb concluído em 2023, e apenas a segunda vez que um bárion composto por dois quarks pesados foi observado, a primeira tendo sido pelo detector LHCb há quase 10 anos. Este resultado ajudará os teóricos a testar modelos do cromodinâmica quânticateoria que descreve ointeração forte fichário quarks, graças aos quais formarão não apenas bárions e mésonsmas também hádrons exótico como tetraquarks e pentaquarks. »
Finalmente, vamos fornecer algumas informações adicionais relacionadas à história dos hádrons e hiperons.
Hádrons, léptons, mésons, hiperons… e tudo isso
Foi no início da década de 1930 que Werner Heisenberg propôs o conceito moderno de núcleo de átomos composto de prótons e nêutrons. Naquela época, conhecíamos apenas essas partículas, bem como o elétrons e suas antipartículas. Durante esta década, Robert Oppenheimer e seus alunos lançaram as bases da teoria da estrelas de nêutrons e buracos negros.
No entanto, começamos a suspeitar da existência de neutrinos e primos enormes de fótons “colando” os prótons e nêutrons nos núcleos, ou seja, os píons Yukawa. Foi apenas entre as décadas de 1940 e 1960 que uma maremoto novas partículas subatômicas ocorrerão e levarão à imagem moderna do matéria com léptons e hádrons.
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Lembremos também que foi o físico russo Lev Okun quem, em 1962, propôs chamar hádrons ao conjunto de partículas sensíveis às forças nucleares fortes entre prótons e nêutrons. Da palavra grega hadrosque significa mais ou menos largo e pesado, ele se opôs ao nome lepton, do grego λεπτός / leptos (“light”), pequeno e leve, usado para descrever elétrons e neutrinos. Esta escolha foi lógica, uma vez que um próton, como um nêutron, é quase 2.000 vezes mais pesado que um elétron e consideravelmente mais pesado que os neutrinos.
Partículas hadrônicas com massas intermediárias entre as dos elétrons e dos prótons eram chamadas de mésons, outra palavra que vem do grego, aqui μέσον que significa “o meio, a medida certa”.
Partículas hadrônicas tão pesadas, ou até mais pesadas, que prótons e nêutrons são chamadas de bárions, novamente devido ao grego e, neste caso, de barisque significa “pesado”.
O próton está em toda parte. É um dos constituintes do núcleo dos átomos. É ainda o constituinte mais abundante do Universo e da matéria visível. Embora tenhamos uma boa ideia de sua estrutura e massa geral, ainda existem muitos mistérios que cercam essa partícula. Entre essas questões: a massa do próton deveria ser aproximadamente igual à dos três quarks que o constituem. E esse não é o caso. De onde vem essa diferença? Onde está a massa que falta? Cientistas do CEA-Irfu e do IJCLab explicam essa fascinante busca por meio de diferentes investigações experimentais e teóricas. Pronto para mergulhar no intrigante mundo dos prótons? ©CEA
O você sabia ?
O zoológico de hádrons foi explicado durante as décadas de 1960 e 1970 com o desenvolvimento e descoberta da teoria dos quarks e ficou claro que os mésons eram pares de quarks e antiquarks, enquanto os bárions eram trigêmeos. Entre esses trigêmeos, alguns foram descobertos em raios cósmicos e são mais pesados que prótons e nêutrons, por isso foram logicamente chamados de hiperons.
O termo foi cunhado pelo físico francês Louis Leprince-Ringuet em 1953 e anunciado pela primeira vez na conferência de raios cósmicos em Bagnères-de-Bigorre. Notavelmente, já em 1952, os físicos Danysz e Pniewski também descobriram nos raios cósmicos uma classe de núcleos chamados hipernúcleos ou hiperfragmentos. Eles demonstraram que se tratava de núcleos nos quais um próton ou nêutron havia sido substituído por um hiperon.
Desde então, hipernúcleos e hiperons foram estudados e sabe-se que hiperons são partículas instáveis que contêm pelo menos um quark estranho, mas nenhum quark beauty ou quark charmed. Criadas fugazmente em um acelerador, essas partículas deveriam existir dentro de estrelas de nêutrons, onde também pode existir um plasma de quarks e glúons.
Durante colisões realizadas no contexto da física nuclear ou da física de partículas, também podem ser criados hiperons. Como são sensíveis a interações fortes, podem ser incorporados a um núcleo para formar hipernúcleos, caracterizados por uma série de cargas elétricas Z, mas também outro número quântico S, a estranheza, transportado pelo quark estranho presente no hiperon.