Físicos descobriram um dos testemunhos experimentais mais convincentes até agora, que sugerem que uma propriedade fundamental dos prótons e nêutrons pode não estar ligada aos três quarks dos quais são compostos, como se pensava anteriormente. Em vez disso, o chamado número bariônico pode ser transmitido através de uma estrutura em forma de letra Y, conhecida como ligação bariônica, que é formada por glúons.
Esta descoberta, publicada na revista Science, fornece novos dados para uma ideia proposta ainda na década de 1970 e potencialmente ajuda a resolver um dos problemas fundamentais da física de partículas: o que garante a estabilidade da matéria e como ela adquiriu as propriedades que permitiram que o Universo existisse em sua forma atual.
O número bariônico é usado para distinguir matéria de antimatéria e está relacionado à aparente estabilidade do próton. O próton é o bárion mais leve — uma classe de partículas subatômicas compostas por quarks — e até agora nenhum caso de decaimento do próton foi registrado.
A explicação tradicional afirma que o número bariônico é carregado pelos três quarks de valência que formam bárions, como prótons e nêutrons. No entanto, a nova pesquisa apresenta evidências que questionam este modelo e apoiam a interpretação de que o número bariônico está associado à ligação bariônica.
A estrutura proposta tem a forma de Y e consiste em um campo de glúons — partículas responsáveis pela força forte que liga os quarks. A hipótese surgiu há cerca de 50 anos, mas por décadas os físicos não conseguiram encontrar um método experimental adequado para distinguir essas duas possibilidades.
Como explicam os pesquisadores, as três extremidades da ligação bariônica estão conectadas aos quarks de valência. Portanto, na maioria dos processos físicos, é difícil determinar se o número bariônico é carregado pela própria ligação ou pelos quarks. Os pesquisadores escreveram no artigo publicado na Science: 'Por essa razão, nenhum dos dois cenários foi testado experimentalmente de forma inequívoca'.
Os pesquisadores observaram que os bárions percorrem uma distância maior em uma região densa e extremamente energética criada pela colisão do que a carga elétrica. Na opinião dos autores, esse comportamento indica que o número bariônico é transmitido pela ligação, que não desacelera tanto quanto os quarks de valência carregados eletricamente.
A equipe também analisou colisões foto-nucleares, nas quais fótons interagem com núcleos de ouro movendo-se em velocidades relativísticas. Quando os núcleos de ouro, que possuem carga positiva, são acelerados a velocidades próximas à da luz, eles geram um campo eletromagnético que pode ser considerado uma fonte de fótons virtuais, ou 'quase reais'. Esses fótons podem então interagir com os núcleos de ouro, fornecendo uma maneira mais pura de observar a transferência do número bariônico. Como o fóton que atinge a colisão tem um número bariônico igual a zero, qualquer número bariônico puro detectado nos fragmentos resultantes deve estar associado ao núcleo de ouro.
Os resultados também foram consistentes com as previsões da teoria de Regge, que incorpora a ligação bariônica de forma mais adequada do que as simulações baseadas exclusivamente em quarks de valência. Segundo os pesquisadores, esses resultados, juntamente com dados obtidos anteriormente pelo STAR em colisões de núcleos de ouro em diferentes energias, enfraquecem o modelo baseado em quarks de valência.
Apesar da força das evidências, os resultados não resolvem completamente a questão. Em uma perspectiva publicada junto com o estudo na Science, o físico Wenliang Li da Universidade Estadual do Mississippi (EUA) enfatiza que novas medições sugerem que os glúons podem contribuir para a transferência do número bariônico, mas não constituem uma medição direta e estritamente controlada do mecanismo responsável por esse fenômeno.
No entanto, esta descoberta pode ser importante. Com pesquisas adicionais, a compreensão de como os quarks e glúons transferem o número bariônico pode ajudar os físicos a estudar como a força forte organiza a matéria estável e por que existe um predomínio de matéria sobre antimatéria no Universo. Como observam os pesquisadores: 'Determinar se os quarks ou o campo de glúons transportam o número bariônico pode contribuir para a compreensão de como a interação forte entre partículas subatômicas organiza a matéria estável e o que causa o desequilíbrio entre matéria e antimatéria no Universo.'
A pesquisa deve continuar com novos experimentos de colisão de partículas. Entre eles, o futuro colisor elétron-íon, que será construído no Laboratório Nacional Brookhaven. Os próprios pesquisadores enfatizam que são necessárias mais investigações sobre teorias existentes e alternativas. Para serem consideradas viáveis, elas devem explicar simultaneamente todos os fenômenos observados. Atualmente, afirmam os autores, 'apenas a estrutura da ligação bariônica permanece qualitativamente consistente' com os resultados disponíveis.
