Depois de um longo e glorioso histórico de descobertas científicas, o colisor de partículas Tevatron do Fermilab (Laboratório Nacional do Acelerador Fermi) foi oficialmente aposentado em 2011. Mas os dados de seu último experimento ainda estão rendendo resultados bem interessantes.

Físicos da colaboração DZero anunciaram a descoberta de uma nova partícula, que se acredita ser parte de uma família exótica chamada “tetraquarks”.

“No início, eu não acreditava que fosse uma nova partícula”, disse Dmitri Denisov, porta-voz do DZero, à revista Symmetry. “Só depois de realizar múltiplas verificações cruzadas, começamos a acreditar que o sinal que vimos não poderia ser explicado por processos conhecidos ou de fundo – era a evidência de uma nova partícula.”

Os sabores dos quarks

Quarks são atualmente os menores componentes conhecidos da matéria, combinando-se normalmente em grupos de dois ou três para formar partículas subatômicas. Por exemplo, o próton é composto de três quarks, assim como o nêutron.

Existem seis tipos de quarks, também chamados de “sabores” – para cima, para baixo, inferior, superior, estranho e charmoso (!) – e eles podem se combinar em centenas de formas. Os quarks foram propostos pela primeira vez em 1964 por Murray Gell-Mann e George Zweig.

Durante muito tempo, os físicos não tinham evidência de que os quarks poderiam vir em qualquer outra combinação além de dois ou três (embora Gell-Mann tenha previsto que poderia haver partículas feitas de quatro ou até mesmo cinco quarks).

Isso mudou em 2003, quando físicos japoneses descobriram a primeira evidência de tetraquarks. Desde então, vários outros candidatos a tetraquark foram identificados – mais recentemente, no Grande Colisor de Hádrons em 2014.

Tal como o nome indica, estas partículas são compostas de quatro quarks estreitamente unidos pela força nuclear forte. Elas estão relacionadas ao pentaquark, uma partícula ainda mais exótica, composta de cinco quarks e descoberta no ano passado pela colaboração LHCb do Grande Colisor de Hádrons.

Uma partícula ainda mais exótica

Chamado X(5568), o tetraquark recém-descoberto é incomum mesmo entre os membros exóticos de sua família. Tetraquarks previamente descobertos geralmente contêm, pelo menos, dois quarks do mesmo sabor. Enquanto isso, o X(5568) é composto por quatro sabores diferentes: para cima, para baixo, estranho e inferior.

novo tetraquark (2)

A equipe do DZero encontrou a nova partícula ao detectar uma assinatura única de decaimento a partir de dados recolhidos do Tevatron entre 2002 e 2011, envolvendo bilhões de eventos de colisão registrados.

O sinal que eles encontraram escondido nos dados atende o chamado limite “cinco sigma” – padrão que define o grau de certeza na física de partículas. Isso significa que há apenas cerca de 1 chance em 6 milhões de esta ser uma observação acidental. O estudo foi submetido à revista Physical Review Letters.

“A próxima tarefa será entender como os quatro quarks estão reunidos”, disse Paul Grannis, porta-voz do DZero. “Eles poderiam estar amassados em uma bola apertada, ou eles podem ser um par de quarks firmemente presos que giram a uma certa distância do outro par.”

Ao entender melhor a estrutura interna e as propriedades deste novo tetraquark, os físicos podem aprender ainda mais sobre como a força forte conecta partículas subatômicas.

[Fermilab via Symmetry]

Imagens via Fermilab