Físicos do CERN estudam fortes interações entre ômega e hiperprótons

Físicos da Colaboração ALICE (Large Ion Collider) no Large Hadron Collider (LHC) do CERN desenvolveram uma nova técnica que abre as portas para estudos de alta precisão da dinâmica de fortes interações entre hádrons instáveis.

Os hadrões são partículas compostas de dois ou três quarks unidos por fortes interações produzidas pelos glúons.

Essa interação também atua entre os hádrons, ligando os núcleos (prótons e nêutrons) dentro dos núcleos atômicos.

Um dos maiores desafios da física nuclear hoje é entender as fortes interações entre os hádrons com diferentes abundâncias de quark desde os primeiros princípios, ou seja, começando com a forte interação entre os quarks que compõem os hádrons e os glúons.

Cálculos conhecidos como cromodinâmica quântica de rede (QCD) podem ser usados ​​para determinar interações a partir dos primeiros princípios, mas esses cálculos fornecem previsões confiáveis ​​apenas para hadrons contendo quarks pesados, como hiperons, que têm um ou mais quarks estranhos.

No passado, essas interações eram estudadas colidindo hádrons entre si em experimentos de espalhamento, mas esses experimentos são difíceis de realizar com hádrons instáveis, como os hiperons.

Até agora, essa dificuldade não permitiu uma comparação significativa das medidas e da teoria das interações hadron-hadron com a participação de hiperons.

Físicos da colaboração ALICE mostram como um método baseado na medição da diferença de momento entre os hádrons produzidos em colisões próton-próton no LHC pode ser usado para revelar a dinâmica de fortes interações entre hiperons e núcleons, potencialmente para qualquer par de hádrons.

Este método é chamado de femtoscopia porque permite explorar escalas espaciais próximas a 1 femtômetro (10-15m, um quatrilhão de partes de um metro), aproximadamente do tamanho de um hádron e a amplitude espacial de uma força forte.

Este método permitiu que os pesquisadores do ALICE estudassem interações envolvendo hyperons Lambda (Λ) e Sigma (Σ), que contêm um quark estranho mais dois quarks leves, e um hyperon Xi (Ξ), que consiste em dois quarks estranhos mais um quark leve.

Em um novo estudo, eles usaram essa técnica para detectar com alta precisão as interações entre um próton e o mais raro dos hiperons, o ômega (Ω) hyperon, que contém três quarks estranhos.

A definição precisa da interação forte para todos os tipos de hyperons foi inesperada, dizem os cientistas.

Isso pode ser atribuído a três fatores: o fato de que o LHC pode produzir hádrons com quarks estranhos em abundância, a capacidade das técnicas de femtoscopia para investigar a natureza de curto alcance de interações fortes e as capacidades superiores do detector ALICE para identificar partículas e medir seus momentos.

Os dados dos próximos lançamentos do LHC devem nos dar acesso a qualquer par de hádrons.

Os resultados são publicados na revista Nature.