Teóricos da Universidade de Pittsburgh e da Universidade de Swansea mostraram que resultados experimentais recentes do colisor CERN fornecem fortes evidências de uma nova forma de matéria.

O experimento no CERN, local do colisor de partículas de maior energia do mundo, examinou uma partícula pesada chamada Lambda b que decai em partículas mais leves, incluindo o próton familiar e o famoso J/psi, descoberto em 1974.

Em um artigo publicado online hoje na Physical Review D , os físicos Tim Burns, de Swansea, no País de Gales, e Eric Swanson, de Pitt, argumentam que os dados só podem ser entendidos se existir um novo tipo de matéria.

A maior parte da massa observável do universo vem de partículas chamadas quarks que se combinam para formar os conhecidos prótons e nêutrons e um bando de outras partículas que interagem muito mais fortemente do que elétrons ou neutrinos . Essas partículas que interagem fortemente são conhecidas coletivamente como hádrons , descritas na teoria da Cromodinâmica Quântica. Embora essa teoria esteja chegando ao seu 50º aniversário, continua sendo notoriamente difícil discernir seu funcionamento interno.

"A Cromodinâmica Quântica é o filho problema do Modelo Padrão", disse Swanson. "Aprender o que ele diz sobre os hádrons requer a execução dos computadores mais rápidos do mundo por anos, dificultando a resposta às dezenas de perguntas que esse único experimento levanta".

Por esse motivo, fazer experimentos com hádrons – e interpretar corretamente os resultados – é vital para entender a Cromodinâmica Quântica.

Até recentemente, todos os hádrons podiam ser entendidos como combinações de um quark e um antiquark , como o J/psi, ou combinações de três quarks, como o próton. Apesar disso, há muito se suspeita que outras combinações de quarks são possíveis – o que equivale a novas formas de matéria. Então, em 2004 veio a descoberta de uma partícula chamada X(3872), que parecia ser uma combinação de dois quarks e dois antiquarks. Outras novidades candidatas surgiram desde então, embora nenhuma delas possa ser definitivamente identificada como novas combinações exóticas de quarks.

"Às vezes, um aumento nos dados é uma novidade maravilhosa, e às vezes é apenas um aumento", disse Swanson.

O novo trabalho combina os dados do CERN com outros experimentos de 2018 e 2019 para chegar a uma explicação consistente para todas as descobertas.

"Temos um modelo que explica os dados lindamente e, pela primeira vez, incorpora todas as restrições experimentais", disse Burns. A explicação requer a existência de várias novas partículas que consistem em quatro quarks e um antiquark, chamados de "pentaquarks". A pesquisa também indica que os pentaquarks estão apenas no limiar para serem observados em outros laboratórios.

"Realmente não há outra maneira de interpretar os dados - os estados de pentaquark devem existir", disse Burns. A conclusão levanta a possibilidade de que outros pentaquarks sejam possíveis e que toda uma nova classe de matéria esteja prestes a ser descoberta.