#77 Descobertas três novas partículas: Dois tetraquarks e um pentaquark 05/07/22

Três partículas nunca antes vistas foram observadas pela colaboração internacional LHCb que é um dos quatro grandes detectores do colisor de partículas CERN LHC. A descoberta inclui um novo tipo de “pentaquark” e o primeiro par de “tetraquarks”.

As descobertas, apresentadas em um seminário do CERN em 5 de julho de 2022, adicionam três novos membros exóticos à crescente lista de novos hádrons encontrados no LHC. Eles ajudarão os físicos a entender melhor como os quarks se unem nessas partículas compostas.

Quarks são partículas elementares e podem ser classificados em seis sabores: up, down, charme, estranho, top e bottom. Eles geralmente se combinam em grupos de dois e três para formar hádrons, como os prótons e nêutrons que compõem os núcleos atômicos. No entanto, em raras ocasiões, eles também podem se combinar em partículas de quatro e cinco quarks, conhecidas como “tetraquarks” e “pentaquarks”. Esses hádrons exóticos foram previstos por teóricos cerca de seis décadas atrás, ao mesmo tempo que os hádrons convencionais, mas apenas recentemente, nos últimos 20 anos, eles foram detectados pelo LHCb e outros experimentos.

A maioria dos hádrons exóticos descobertos nas últimas duas décadas são tetraquarks ou pentaquarks contendo um quark charme e um antiquark charme, sendo os dois ou três quarks restantes um quark up, down ou estranho ou seus antiquarks. No entanto, nos últimos dois anos, o LHCb descobriu diferentes tipos de hádrons exóticos. Dois anos atrás, a colaboração descobriu um tetraquark composto de dois quarks charme e dois antiquarks charme, e dois tetraquarks “open-charme” consistindo de um antiquark charme, um quark up, um quark down e um antiquark estranho. E no ano passado encontrou a primeira instância de um tetraquark “double open-charme” com dois quarks charme e um antiquark up e down. Charme aberto significa que a partícula contém um quark charme sem um antiquark equivalente.

As descobertas anunciadas hoje pela colaboração do LHCb incluem novos tipos de hádrons exóticos. O primeiro tipo, observado em uma análise de “decaimentos” de mésons B carregados negativamente, é um pentaquark formado por um quark charme e um antiquark charme e um quark up, um down e um quark estranho. É o primeiro pentaquark encontrado a conter um quark estranho. A descoberta tem uma significância estatística colossal de 15 desvios padrão, muito além dos 5 desvios padrão necessários para reivindicar a observação de uma partícula na física de partículas.

O segundo tipo é um tetraquark duplamente carregado eletricamente. É um tetraquark de charme aberto composto de um quark charme, um antiquark estranho e um quark up e um antiquark down, e foi localizado junto com sua contraparte neutra em uma análise conjunta de decaimentos de mésons B carregados positivamente e neutros. Os novos tetraquarks, observados com significância estatística de 6,5 e 8 desvios padrão, representam a primeira vez que um par de tetraquarks foi observado.

“Quanto mais análises realizamos, mais tipos de hádrons exóticos encontramos”, diz Niels Tuning, coordenador de física do LHCb. “Estamos testemunhando um período de descoberta semelhante à década de 1950, quando um 'zoológico de partículas' de hádrons começou a ser descoberto e acabou levando ao modelo quark de hádrons convencionais na década de 1960. Estamos criando o 'zoológico de partículas 2.0'.”

“Encontrar novos tipos de tetraquarks e pentaquarks e medir suas propriedades ajudará os teóricos a desenvolver um modelo unificado de hádrons exóticos, cuja natureza exata é amplamente desconhecida”, diz Chris Parkes, porta-voz do LHCb. “Isso também ajudará a entender melhor os hádrons convencionais”.

Enquanto alguns modelos teóricos descrevem hádrons exóticos como unidades únicas de quarks fortemente ligados, outros modelos os consideram como pares de hádrons padrão fracamente ligados em uma estrutura semelhante a uma molécula. Só o tempo e mais estudos de hádrons exóticos dirão se essas partículas são uma, outra ou ambas.

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