Cientistas do Fermilab descobrem nova partícula com quatro "sabores"

Os cientistas colaboradores do DZero no Departamento de energia do Fermilab nos EUA descobriram uma nova partícula - o mais recente membro a ser adicionado às espécies exóticas de partículas conhecidas como tetraquarks. 

Os quarks são partículas pontuais, que normalmente vêm em pacotes de dois ou três, sendo os mais conhecidos o próton e o nêutron (cada um feita de três quarks). Existem seis tipos, ou "sabores", de quark para escolher:  up, down, strange, charm, bottom and top. Cada um deles tem também uma contraparte de antimatéria.

Ao longo dos últimos 60 anos, os cientistas observaram centenas de combinações duplas e trios de  quarks.

Em 2003, cientistas do experimento Belle no Japão relataram a primeira evidência de quarks pendurados para fora como um quarteto, formando uma tetraquark. Desde então, os físicos têm vislumbrado um punhado de diferentes candidatos a tetraquark, incluindo agora a recente descoberta do DZero - o primeiro observado para conter quatro sabores diferentes de quarks.

DZero é um dos dois experimentos no Tevatron Collider do Fermilab. Embora o Tevatron fora aposentado em 2011, os experimentos continuaram a analisar bilhões de eventos previamente gravados a partir de suas colisões.

Como é o caso de muitas descobertas, a observação do tetraquark veio como uma surpresa quando os cientistas do DZero vieram pela primeira vez com sugestões em julho de 2015 da nova partícula, chamada X (5568). O nome vem de sua massa de 5568 megaelectronvolts.

"No início, nós não acreditamos que era uma nova partícula", diz co-porta-voz do DZero Dmitri Denisov. "Só depois de múltiplas verificações realizadas cruzadas que começamos a acreditar que o sinal que vimos não poderia ser explicado por fundos ou processos conhecidos, mas foi a evidência de uma nova partícula."

Na esquerda: Um pion, formado por um quark down e um quark up. No centro, um próton, que faz parte da família dos bários, feito de dois quarks up e um quark down. Na direita, X(5568), um tetraquark, formado por um quark up, um quark down, um quark strange e um quark bottom. 

O X (5568) não é qualquer novo tetraquark. Enquanto todos os outros tetraquarks observados contem, pelo menos, dois dos mesmos sabores, X (5568) tem quatro sabores diferentes: up, down, strange e bottom. 

"A pergunta seguinte será entender como os quatro quarks são colocados juntos," diz o co-porta-voz do DZero Paul Grannis. "Eles poderiam ser amassadas juntas em uma bola apertada, ou eles podem ser um par de quarks firmemente presos que giram a uma certa distância do outro par."

Quarteto de quarks são raros, e, embora não há nada na natureza que proíba a formação de um tetraquark, os cientistas não entendem bem quanto entendem sobre os quarks de duplos e triplos.

Esta última descoberta vem na esteira da primeira observação de uma pentaquark - a partícula de cinco quarks apresentada ano passado pelo experimento LHCb no Large Hadron Collider.

Os cientistas vão aguçar a sua imagem do quarteto de quarks, fazendo medições de propriedades, tais como as formas com que X (5568) decai ou o quanto ele gira sobre seu eixo. Como investigações das tetraquarks vieram antes dele, os estudos do X (5568) irá fornecer uma outra janela para o funcionamento da força forte que mantém essas partículas juntas.

E talvez a espécie de tetraquark emergente se tornará uma classe estabelecida no futuro, mostrando-se tão numerosos quanto seu irmão de dois e três quarks.

"A descoberta de um único membro da família tetraquark com quatro sabores diferentes de quarks vai ajudar a desenvolver modelos teóricos que permitam uma compreensão mais profunda dessas partículas", diz Fermilab Director Nigel Lockyer.

Setenta e cinco instituições de 18 países colaboraram com este resultado a partir DZero.