Na segunda metade do século XX, tornou-se evidente que os prótons podiam oscilar de maneira semelhante a um sino. Nos últimos 30 anos, os cientistas se dedicaram a investigar isso e agora possuímos visualizações em 3D que desmistificam o próton em seu estado mais relaxado. No entanto, as complexidades tridimensionais de um próton vibrante permanecem envoltas em enigma.
Um novo estudo conduzido pelo Thomas Jefferson National Accelerator Facility, sob a alçada do Departamento de Energia dos EUA, visa pesquisar a arquitetura 3D de prótons e nêutrons ressonantes. De acordo com os pesquisadores, os atributos centrais e a conduta dinâmica dos núcleons — prótons e nêutrons que constituem os núcleos atômicos — pode fornecer novas percepções a respeito das substâncias fundamentais geradas no início do universo.
Dentro de cada núcleon estão trigêmeos de quarks, cimentados por partículas semelhantes a uma espécie de cola chamada glúons, cortesia da força mais formidável que existe, a interação forte. Quando levados a um estado de energia elevada, os quarks constituintes de um núcleon giram e se empurram, culminando em um núcleon em estado “ressonante”.
Concepção artística de três quarks ligados pela força nuclear forte dentro de um núcleon.Fonte: Getty Images
Para desvendar isso, um grupo de pesquisadores da Justus Liebig Universitat em Giessen, Alemanha e da Universidade de Connecticut nos Estados Unidos, assumiram em conjunto a Colaboração CLAS. A equipe realizou seu experimento na Instalação Aceleradora de Feixe de Eletrônicos (CEBAF) reconhecida mundialmente como um centro que facilita as atividades de mais de 1.800 físicos nucleares em todo o mundo.
Stefan Diehl, pesquisador da JLU Giessen e da Universidade de Connecticut, diz que o estudo lança uma nova luz sobre as características elementares das ressonâncias de núcleon. O trabalho de base já estabelecido está estimulando um exame mais minucioso do contorno 3D do próton oscilante e como ele atinge o estado ressoante.
Durante o estudo que se iniciou em 2018, os pesquisadores empregaram o detector CLAS12 do Jefferson Lab situado no Experimental Hall para lançar uma torrente de elétrons de alta velocidade em uma câmara de gás de hidrogênio gelada. O bombardeio de elétrons agitou os prótons adormecidos, provocando vibrações em seus quarks internos que levaram à ressonância do núcleon emparelhada com uma entidade quark-antiquark, comumente conhecida como méson.
Embora essas ressonâncias sejam efêmeras, elas deixam uma pegada indelével: novas partículas geradas a partir da energia residual do estado excitado. Essas partículas recém-nascidas duram apenas o tempo suficiente para serem detectadas, permitindo assim a reconstrução do fenômeno ressonante.
Diehl elucida que essas investigações ajudarão a compreender a fase de plasma infantil do universo, composta apenas por quarks e glúons rodopiantes, que eventualmente se transformaram na matéria como a conhecemos.
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