Alguns meses atrás, físicos observaram uma nova partícula subatômica — basicamente, um primo maluco e de nome estranho do próton. Sua mera existência deu energia a equipes de físicos de partículas para que sonhassem novas maneiras como a matéria se forma, se organiza e existe.

Agora, dois novos estudos usando diferentes métodos teóricos descobriram, de forma independente, outra partícula ainda mais maluca prevista pelas leis da física. Se descoberta em um experimento, ela forneceria provas conclusivas de toda uma nova classe de partículas exóticas chamadas tetraquarks, que existem fora das expectativas estabelecidas do comportamento das subpartes do próton, chamadas de quarks. E esse resultado é mais do que apenas matemática.

“Achamos que isso não seja completamente acadêmico”, disse Chris Quigg, físico teórico do Laboratório Nacional de Aceleradores Fermi, em entrevista ao Gizmodo. “Sua descoberta pode muito bem acontecer.”

Mas, antes, vejamos um pouco de física. Dê um zoom completo, e você vai descobrir que a matéria é feita de átomos. Átomos, por sua vez, são feitos de prótons, nêutrons e elétrons. Prótons e nêutrons podem ser divididos em três quarks.

Físicos já descobriram seis tipos de quarks, que também têm nomes, massas e cargas elétricas. Prótons e nêutrons são feitos de quarks “up” e “down”, os dois mais leves. Mas existem outros quatro mais raros e mais pesados. Do menos ao mais massivo, são eles: “strange”, “charm”, “bottom” e “top”. Cada um tem uma antimatéria equivalente — a mesma partícula, mas com carga oposta. Pelo que os físicos já confirmaram, esses quarks e antiquarks só conseguem se organizar em pares ou trios. Eles não podem existir por conta própria na natureza.

Cientistas da colaboração LHCb, do Grande Colisor de Hádrons, recentemente anunciaram ter encontrado um novo arranjo de três quarks, chamado de Ξcc++. Ele tinha um quark up e dois quarks charm pesados. Mas “maioria dessas partículas” com três quarks, “contendo dois quarks pesados, charm ou beauty, não foi encontrada ainda”, contou ao Gizmodo o físico Patrick Koppenburg, do Nikhef, o Instituto Nacional Holandês de Física Subatômica. “Em algum sentido, essa é a primeira (partícula).”

Com o conhecimento de que tal partícula pudesse existir (e com o conhecimento de suas propriedades, como a massa), duas equipes de físicos mastigaram os dados de duas maneiras separadas. Uma equipe usou extrapolações de dados e métodos experimentais que haviam usado anteriormente para prever a partícula descoberta no meio deste ano. A outra usou uma abstração matemática do mundo real, fazendo uso de aproximações que levam em conta o quão mais pesados os quarks charm, bottom e top são em relação aos outros, para simplificar os cálculos.

Em ambos os novos artigos, publicados na Physical Review Letters, uma partícula estável de quatro quarks, com dois bottom, um anti-up e um anti-down caíram da conta. Além disso, as massas das partículas previstas não foram exatamente as mesmas, mas parecidas o bastante para causar surpresa.

“Como você pode notar, as conclusões são basicamente idênticas a nível qualitativo”, afirmou Marek Karliner, da Universidade de Tel Aviv, autor do primeiro estudo, em entrevista ao Gizmodo. E embora vários candidatos a tetraquark tenham sido encontrados, a identidade estranha dessa partícula, incluindo as propriedades e estabilização adicionais de seus dois quarks bottom pesados, ofereceria prova sem ambiguidade da existência da partícula.

“As coisas de que estamos falando são tão estranhas que não poderia ser outra coisa”, disse Quigg.

Mas agora se trata de encontrar essas coisas. Quigg acha que um novo colisor, como o proposto para a China, pode ser necessário. Mas físicos concordam que o experimento LHCb, às vezes ignorado, tem feito um dos trabalhos mais empolgantes do ano — Karliner achou que o experimento poderia, em breve, encontrar a partícula. “Meus colegas experimentais estão bastante convictos nessa afirmação. Eles dizem que, se existe, vão encontrá-la.” Ele acha que a observação pode vir talvez dentro de dois a três anos, embora Quigg esteja menos otimista.

Uma detecção de tetraquark, sem ambiguidade, como essa confirmaria palpites que datam de até 1964 sobre como os quarks se organizam. E a confirmação independente, de diferentes métodos, deixou ambas as equipes confiantes.

“Acho que temos grande confiança de que o tetraquark possa existir”, disse Quigg. “É só questão de procurar o bastante por ele.”

[PRL, PRL]

Imagem do topo: Fermilab