Físicos podem ter encontrado partícula de pura força

Com informações da TU Wien -  23/10/2015

As partículas que formam o núcleo atômico (esquerda) são formadas por quarks (partículas de matéria) e glúons (partículas de força). Uma bola de glúons (direita) é formada inteiramente por glúons, ou seja, é força pura.[Imagem: TU Wien]

Gluônio

Físicos da Universidade Técnica de Viena, na Áustria, descobriram que um méson já observado experimentalmente - seu nome técnico é f0(1710) - pode ser uma partícula muito especial que vem sendo teorizada há muito tempo, mas nunca havia sido identificada.

Essa partícula é composta de pura força.

Ela é conhecida como "bola de glúons", ou gluônio, embora o termo em inglês (glueball) também faça uma referência ao efeito de "cola" que essa partícula tem para manter juntas as demais partículas - os glúons são partículas "pegajosas" que mantêm as partículas nucleares juntas.

Partícula de força

Os prótons e os nêutrons consistem de partículas elementares ainda menores chamadas quarks, devidamente unidas pela força nuclear forte. "Em física de partículas, cada força é mediada por um tipo especial de partícula de força, e a partícula da força nuclear forte é o glúon," explica o professor Anton Rebhan, que apontou o caminho para o gluônio juntamente com seu colega Frederic Brünner.

Os glúons podem ser vistos como versões mais complicadas dos fótons. Os fótons, que não têm massa, são responsáveis pelas forças do eletromagnetismo, enquanto oito diferentes tipos de glúons desempenham um papel semelhante para a força nuclear forte.

No entanto, há uma diferença importante: os próprios glúons estão sujeitos à sua própria força, algo que não acontece com os fótons. É por isso que não há estados ligados de fótons (moléculas de fótons, por assim dizer), mas uma partícula formada apenas por glúons interligados, formada assim por pura força nuclear, é de fato possível.

Calcula-se que os gluônios sejam instáveis, só podendo ser detectados indiretamente através da análise de seu decaimento. Este processo de decaimento, no entanto, ainda não é totalmente compreendido pelos físicos.

Os físicos acreditam que o Universo era líquido logo depois do Big Bang porque era formado por uma massa disforme de quarks e glúons, ainda não unidos. [Imagem: Cern]

Múltiplas dimensões

Para desvendar o mistério no reino das partículas fundamentais, Rebhan e Brünner foram buscar inspiração nas equações da gravidade em dimensões cósmicas da Relatividade Geral de Einstein, uma vez que há conexões entre algumas teorias da gravitação em espaços de múltiplas dimensões e teorias que descrevem o comportamento quântico das partículas subatômicas.

Os resultados concordaram muito bem com dados de experimentos recentes realizados em aceleradores de partículas, mostrando que uma ressonância chamada f0(1710) pode de fato ser a bola de glúons há muito procurada.

Confirmação do gluônio

A confirmação da existência do gluônio não se fará esperar.

Dentro dos próximos meses, dois experimentos no LHC (Grande Colisor de Hádrons), chamados TOTEM e LHCb, e um experimento no Acelerador de Pequim (BESIII) deverão produzir novos dados sobre esse decaimento.

"Estes resultados serão cruciais para nossa teoria," disse Anton Rebhan. "Para estes processos multipartículas, a nossa teoria prevê taxas de decaimento que são bastante diferentes das previsões de outros modelos mais simples. Se as medições concordarem com nossos cálculos, isso vai ser um sucesso notável para nossa abordagem."

E, além disso, mostraria mais uma vez que a gravidade em dimensões cósmicas pode ser usada para responder perguntas da física de partículas - de uma forma que representaria mais um grande sucesso da teoria da Relatividade Geral de Einstein, que completará 100 anos no mês que vem.

Bibliografia:

Nonchiral Enhancement of Scalar Glueball Decay in the Witten-Sakai-Sugimoto Model
Frederic Brünner, Anton Rebhan
Physical Review Letters
Vol.: 115, 131601
DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.131601