Cientistas podem determinar a massa de partículas subatômicas que são construídas a partir de quarks observando a energia e o momento das partículas no espaço-tempo quadridimensional. Uma das quantidades que codificam essa informação, chamada de anomalia de traço, está ligada ao fato de que observáveis físicos de experimentos de alta energia dependem das escalas de energia/momento envolvidas.

Os pesquisadores acreditam que a anomalia do traço é crucial para manter os quarks ligados em partículas subatômicas.

Em um estudo publicado na Physical Review D, cientistas calcularam a anomalia de traços para núcleons (prótons ou nêutrons) e píons (uma partícula subatômica feita de um quark e um antiquark).

Os cálculos mostram que no píon, a distribuição de massa é semelhante à distribuição de carga do nêutron, enquanto no nucleon, a distribuição de massa é semelhante à distribuição de carga do próton .

Entender a origem da massa do nucleon é um dos principais objetivos científicos do Electron-Ion Collider (EIC). Os cientistas também querem entender como a massa de quarks e glúons é distribuída em hádrons. Essas são partículas subatômicas, como prótons e nêutrons, que são feitas de quarks e mantidas juntas pela força forte.

Os novos cálculos demonstram que a distribuição de massa pode ser obtida numericamente com base em cálculos de primeiros princípios, que partem de leis físicas básicas. Cálculos dessa nova abordagem também ajudarão cientistas a interpretar dados de experimentos de física nuclear.

Experimentos explorando a origem da massa do nucleon estão planejados para o futuro EIC no Brookhaven National Laboratory. Nesses experimentos, o espalhamento elétron-próton pode produzir estados pesados que são sensíveis à estrutura interna do próton, particularmente as distribuições dos glúons.

Ao analisar os dados das dispersões, os cientistas podem saber como a massa de quarks e glúons é distribuída dentro do próton. Isso é semelhante a como os pesquisadores usaram a difração de raios X para descobrir o formato icônico de dupla hélice do DNA. Cálculos teóricos ajudam os cientistas a entender como a massa é distribuída entre os hádrons de acordo com o Modelo Padrão, e eles fornecem direção para experimentos futuros.

As descobertas revelam aspectos importantes de como a massa é espalhada dentro de partículas como o píon e o nucleon. Os resultados sugerem que a estrutura do píon, em particular, desempenha um papel na conexão de duas propriedades do mundo que são descritas pelo Modelo Padrão: a existência de uma escala absoluta e a assimetria de quantidades canhotas e destras.