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O Grande Colisor de Hádrons ajudou a encontrar uma nova maneira de medir a massa dos quarks

Large Hadron Collider

Pela primeira vez, o experimento ALICE no Large Hadron Collider mediu diretamente o fenômeno conhecido como "cone morto", permitindo que os físicos medissem diretamente a massa de uma partícula fundamental, o quark encantado.

Muitas das partículas que compõem o universo visível ao nosso redor são, na verdade, partículas constituintes construídas a partir de partículas fundamentais menos poderosas conhecidas como quarks. Por exemplo, prótons e nêutrons contêm três quarks cada. Existem seis “sabores” diferentes de quarks – up, down, up, down, strange e enchanted – cada um com diferentes massas, spins e outras propriedades quânticas. Diferentes combinações de quarks formam diferentes partículas. Os quarks são mantidos juntos nessas partículas constituintes por uma força transmitida através de uma partícula sem massa chamada glúon. Coletivamente, quarks e glúons são conhecidos como partons.

O Large Hadron Collider no CERN perto de Genebra, na Suíça, acelera prótons com fortes campos magnéticos através de um túnel de 27 km de comprimento para uma energia de 6,8 TEV, após o qual eles colidem uns com os outros. Como resultado das colisões, uma cascata de outras partículas é formada, que por si mesmas emitem ou decaem em ainda mais partículas, e assim por diante na cascata, o que pode lançar luz sobre aspectos da física fundamental.

Large Hadron Collider

Em particular, quarks e glúons são criados e liberados em uma cascata chamada fluxo de partons, onde os quarks liberam glúons e os próprios glúons podem liberar outros glúons de baixa energia.

Cientistas que trabalham no projeto ALICE (A Large Ion Collider Experiment) analisaram três anos de dados de colisões próton-próton para encontrar evidências da existência de um cone morto. De acordo com a teoria da cromodinâmica quântica, ou QCD, o cone morto é uma região onde os partons de uma certa massa e energia não podem emitir glúons. "Foi muito desafiador observar diretamente o cone morto", disse o porta-voz do ALICE, Luciano Musa, em um comunicado à imprensa.

Parte da dificuldade é que a zona morta pode ser preenchida com outras partículas subatômicas criadas em colisões próton-próton, e rastrear o movimento de um parton através do fluxo não é fácil porque está constantemente mudando de direção.

Para resolver esse problema, os cientistas desenvolveram um método pelo qual foram capazes de retroceder as gravações de fluxos de partons no tempo, permitindo-lhes determinar onde e quando os subprodutos do fluxo foram liberados. Em particular, eles procuraram fluxos envolvendo um quark encantado. Dissecando-os, os cientistas descobriram no padrão de radiação de glúons emitida durante os fluxos de pártons, uma área onde a radiação de glúons era suprimida. Este é um cone morto.

A descoberta é importante não apenas porque confirma a profecia QCD, mas também porque agora é possível medir diretamente a massa do quark charmed, que, de acordo com a teoria e as medições indiretas, é 1,275+/-25 MeV/c^2 . De acordo com o QCD, o cone morto está diretamente relacionado à massa do párton, e partículas sem massa não podem formar um cone morto. A descoberta do cone morto pode abrir caminho para uma nova era da física dos quarks.

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