Um tipo raro de partícula surgiu das rotineiras colisões de prótons que são realizadas no Grande Colisor de Hádrons (LHC), o poderoso acelerador de partículas localizado em Genebra, na Suíça. Segundo os físicos da CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear), entre 2016 e 2018, foram registrados "mais de 100 hipernúcleos raros e instáveis".
Semelhante a um núcleo atômico convencional, esse elemento é considerado raro por conter um "sabor" diferenciado de quark em uma de suas partículas nucleares. Em física de partículas, sabor é o mesmo que espécie de uma partícula elementar. No caso do quark, existem seis sabores: up (para cima), down (para baixo), charm (encanto), strange (estranho), top (topo) e bottom (fundo).
O que chama a atenção nos hipernúcleos é que, diferentemente dos bárions que compõem os núcleos e antinúcleos atômicos, essas raras partículas contêm, além dos costumeiros prótons e nêutrons, os chamados híperons. Eles são uma espécie de bárions esquisitões, pois têm quarks estranhos, mas nenhum deles do tipo charm, bottom ou top. É uma forma de matéria que só poderia existir no núcleo de uma estrela de nêutrons.
Qual a importância dos hipernúcleos?
O híperon, com um quark "estranho", pode estar no coração das estrelas de nêutrons.Fonte: Brookhaven National Laboratory
É no contexto astrofísico que reside a importância dos hipernúcleos, pois os cientistas acreditam que os híperons podem se formar dentro das estrelas de nêutrons, que são núcleos colapsados de estrelas massivas que explodiram em supernova. Os núcleos resultantes são tão densos, que sua física é de difícil captação e compreensão.
No entanto, como eles decaem de forma muito rápida, um bom lugar para se encontrar um hipertríton (combinação de híperon com um núcleo do trítio usado na fusão nuclear) é um colisor de partículas. Dessa forma os especialistas do LHC usaram uma estratégia: como não encontraram nem hipertríton nem anti-hipertríton, passaram a pesquisar os produtos de sua decadência.
Quando surge um raro hipertríton (ou anti-hipertríton), ele voa 40 centímetros em 240 picossegundos e decai em um próton e um par de quark-antiquark com carga positiva chamado píon. Esse píon voa para fora do núcleo, mas o antipróton, que fica retido, transforma o anti-hipertríton em anti-hélio. Analogamente, no hipertríton quem decai é o híperon (em um próton e um píon com carga negativa) cujo núcleo se transforma em hélio comum.
Implicações astrofísicas das novas descobertas
Diagrama do decaimento do hipertríton em um núcleo de hélio e um píon.Fonte: Grande Colisor de Hádrons
Traçando o decaimento de 61 hipertrítons e 46 anti-hipertrítons a partir de píons e núcleos de hélio/anti-hélio detectados, os pesquisadores serão agora capazes de avaliar como o anti-hélio é criado e aniquilado no espaço. Isso pode ser útil para esclarecer o mistério da detecção dessa antipartícula no espaço em 2018.
Além disso, a identificação do hélio pode esclarecer como os quarks se mantêm unidos nos bárions, dizem os pesquisadores.
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