by O experimento ALICE do Large Hadron Collider mediu, pela primeira vez, diretamente um fenômeno conhecido como “deadcone”, que permitiu aos físicos medir diretamente a massa de uma partícula fundamental conhecida como “charm quark”.
Muitas partículas que formam o universo visível ao nosso redor são, na verdade, partículas compostas construídas a partir de partículas fundamentais menos massivas conhecidas como quarks. Prótons e nêutrons, por exemplo, contêm três quarks cada. Tem seis diferente “sabores“ de quark – para cima, para baixo, para cima, para baixo, estranho e charmoso – cada um com diferentes massas, rotações e outras propriedades quânticas. Diferentes combinações de quarks também formam diferentes partículas. Os quarks são mantidos juntos nessas partículas compostas pela força forte, que é transmitido através de uma partícula sem massa chamada glúon. Coletivamente, quarks e glúons são conhecidos como ‘partons’.
No Grande Colisor de Hádrons (LHC) no CERN perto de Genebra, na Suíça, os prótons são acelerados por fortes campos magnéticos através de um túnel de 27 quilômetros para energias até 6,8 TeV, antes de serem esmagados um no outro. As colisões produzem uma cascata de outras partículas, que por si mesmas emitem ou decaem em ainda mais partículas, e assim por diante, em uma cascata que pode esclarecer aspectos da física fundamental.
Relacionado: 10 mistérios cósmicos que o Grande Colisor de Hádrons poderia desvendar
Em particular, quarks e glúons são produzidos e emitidos em uma cascata chamada chuva de partons, onde os quarks emitem glúons e os próprios glúons podem emitir outros glúons de energia mais baixa.
Cientistas que trabalham no ALICE (seu nome é a abreviação de A Large Ion Collider Experiment) vasculharam três anos de colisões próton-próton para encontrar evidências do cone morto. De acordo com a teoria da cromodinâmica quântica, ou QCD, que descreve como a força forte funciona, o cone morto é uma região onde os partons de uma certa massa e energia são impedidos de emitir glúons.
“Tem sido muito desafiador observar diretamente o cone morto”, disse o porta-voz do ALICE, Luciano Musa, em um comunicado. declaração de imprensa.
Parte da dificuldade é que a zona morta pode ser preenchida com outras partículas subatômicas criadas nas colisões próton-próton, enquanto rastrear o movimento de um parton através do chuveiro, pois ele muda constantemente de direção, também é complicado.
Para resolver esse problema, os cientistas que colaboraram com o ALICE desenvolveram uma técnica pela qual foram capazes de retroceder as gravações de chuveiros de pártons no tempo, permitindo que eles descobrissem onde e quando os subprodutos do chuveiro foram emitidos. Em particular, eles procuraram chuveiros que envolviam um quark de charme. Ao desconstruir esses chuveiros, os cientistas encontraram uma região no padrão de radiação de glúons emitida durante os chuveiros de pártons onde a emissão de glúons foi suprimida. Este é o cone morto.
A descoberta é importante não apenas porque verifica uma previsão de QCD, mas também porque agora fornece uma oportunidade direta de medir diretamente a massa do quark charm, que a teoria e as medições indiretas colocam em 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 produzir um cone morto.
“As massas dos quarks são quantidades fundamentais na física de partículas, mas não podem ser acessadas e medidas diretamente em experimentos porque, com exceção do quark top, os quarks estão confinados dentro de partículas compostas”, disse Andrea Dainese, coordenadora de física do ALICE.
Portanto, a descoberta do cone morto pode abrir caminho para uma nova era da física dos quarks.
Os resultados foram publicados em 18 de maio na revista Natureza.
Siga Keith Cooper no Twitter @21stCenturySETI. Siga-nos no Twitter @Spacedotcom e em Facebook.
