Experimento de física traz novas evidências sobre a composição interna de prótons e nêutrons

Um experimento de física de partículas conduzido pela colaboração STAR trouxe novas evidências sobre os mecanismos que permitem a existência da matéria. O estudo, publicado na revista Science, testa uma hipótese formulada há cinco décadas sobre a composição interna de prótons e nêutrons, questionando a explicação tradicional sobre a conservação de propriedades essenciais dessas partículas.

O foco da investigação é o número bariônico, característica fundamental para a distinção entre matéria e antimatéria. Até então, a visão predominante na física indicava que essa propriedade estaria vinculada aos três quarks de valência presentes em cada bário. Contudo, uma proposta alternativa surgida na década de 1970 sugere que o número bariônico resida em uma estrutura chamada união bariônica, localizada dentro do campo de gluões — partículas que transmitem a interação forte responsável por manter os quarks unidos.

Metodologia e análise de colisões

Para diferenciar as duas teorias, que historicamente apresentavam resultados semelhantes, a equipe utilizou o Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), no Brookhaven National Laboratory. A estratégia consistiu em analisar colisões entre núcleos de rutênio e zircônio, comparando o transporte de carga elétrica com o deslocamento do número líquido de bários.

A distinção técnica baseia-se no fato de que os quarks de valência possuem carga elétrica, enquanto a união bariônica é neutra. As medições revelaram que os bários conseguiram se deslocar por distâncias maiores na região de alta energia gerada pelas colisões do que a própria carga elétrica.

Para refinar a análise, os pesquisadores realizaram:

• Colisões fotonucleares com núcleos de ouro, utilizando fótons para observar o transporte do número bariônico de forma mais precisa.
• Comparação de dados com modelos computacionais.
• Cruzamento de informações com registros anteriores de colisões de ouro (Au+Au) em diferentes níveis de energia.

Implicações para a física de partículas

Os dados obtidos desfavorecem a teoria dos quarks de valência, apontando para a validade do modelo da união bariônica e do campo de gluões. Embora os cientistas admitam que ainda não há uma medição direta e definitiva do mecanismo microscópico, os resultados atuais inclinam-se para a hipótese da união bariônica.

A definição de se o transporte do número bariônico ocorre via quarks ou pelo campo gluônico é crucial para compreender a organização da matéria estável através da interação forte. Além disso, essa descoberta oferece subsídios para investigar a assimetria do universo, buscando entender por que a matéria prevalece sobre a antimatéria.