Durante décadas, os físicos desenvolveram modelos extremamente eficientes para explicar o que acontece dentro dos prótons. No entanto, essas descrições frequentemente tratam seus componentes como partículas relativamente independentes. Um novo estudo mostra que essa imagem pode ser simples demais. Quarks e glúons parecem apresentar correlações quânticas capazes de mudar nossa compreensão de uma das partículas fundamentais da matéria.
O próton é um sistema profundamente quântico
Prótons estão presentes no núcleo dos átomos e são formados principalmente por partículas chamadas quarks e glúons.
Nos modelos tradicionais, cada uma dessas partículas pode ser associada a determinada fração do momento total do próton, com uma probabilidade específica. Essa aproximação funciona muito bem para diversos cálculos e experimentos.
Porém, existe um problema: ela não descreve completamente as correlações quânticas existentes entre seus componentes.
Quarks e glúons não são pequenas esferas independentes circulando dentro do próton. Eles obedecem às regras da mecânica quântica e podem apresentar fenômenos como superposição, correlações e interferência.
Em determinadas condições, portanto, não é possível compreender completamente o comportamento de uma dessas partículas sem considerar sua relação com as demais.
O grande desafio sempre foi encontrar evidências experimentais suficientemente precisas desse comportamento.
Agora, pesquisadores acreditam ter conseguido.
Cientistas detectam interferência entre quarks e glúons
Os físicos Alexey Vladimirov, da Universidade Complutense de Madri, Guillermo Portela, do DESY, na Alemanha, e Simone Rodini, da Universidade de Pavia, na Itália, apresentaram uma nova análise publicada na revista Physical Review Letters.
O estudo encontrou a primeira evidência experimental de um tipo específico de interferência quântica envolvendo quarks e glúons dentro do próton.
O fenômeno já havia sido previsto teoricamente. No entanto, até agora os pesquisadores não tinham conseguido identificá-lo de maneira experimental.
Para chegar ao resultado, a equipe analisou dados produzidos em aceleradores de partículas.
Os pesquisadores perceberam que as grandezas utilizadas para representar essa interferência apresentam funções de distribuição bastante diferentes daquelas normalmente empregadas para descrever a estrutura interna do próton.
Essa diferença é fundamental.
Ela sugere que algumas das representações utilizadas até agora não capturam toda a complexidade quântica existente dentro da partícula.
A estrutura do próton é mais complexa do que parecia
Durante muito tempo, determinados modelos baseados em uma interpretação mais clássica favoreceram uma representação relativamente simples da estrutura do próton.
Os novos resultados mostram que essa imagem pode esconder fenômenos essencialmente quânticos.
Na prática, quarks e glúons não apenas contribuem individualmente para determinadas propriedades do próton. As interferências entre diferentes estados também podem carregar informações importantes.
Isso significa que compreender completamente um próton exige estudar não apenas seus componentes, mas também as relações quânticas entre eles.
E essa descoberta pode ajudar a solucionar outro grande problema da física de partículas.
O mistério do spin do próton
Uma das questões mais intrigantes envolvendo essas partículas é conhecida como “crise do spin do próton”.
Inicialmente, os cientistas esperavam que o spin dos quarks explicasse grande parte do spin total do próton. Experimentos posteriores mostraram uma situação muito mais complicada.
Dependendo das análises consideradas, os quarks explicam apenas uma fração do valor observado.
Hoje, os físicos sabem que o resultado também envolve o spin dos glúons e o momento angular orbital tanto dos quarks quanto dos próprios glúons.
As novas interferências quânticas identificadas podem acrescentar informações importantes a esse quebra-cabeça.
Aceleradores começam a revelar uma nova imagem do próton
Um dos aspectos mais importantes do estudo é que a conclusão não depende exclusivamente de previsões matemáticas.
Os pesquisadores encontraram sinais do fenômeno em dados experimentais obtidos por aceleradores de partículas.
Isso não significa, porém, que o mistério esteja resolvido.
Os próprios autores reconhecem que as informações disponíveis ainda não permitem determinar qual modelo teórico descreve melhor a distribuição dessas interferências dentro do próton. Experimentos mais precisos serão necessários para reconstruir essa estrutura em detalhes.
Ainda assim, a descoberta muda a maneira como podemos imaginar uma das partículas mais familiares do Universo.
O próton pode parecer apenas mais um componente básico dos átomos. Quando observado em escalas extremamente pequenas, porém, revela um mundo no qual quarks e glúons não agem simplesmente como peças independentes.
Eles fazem parte de um sistema quântico coletivo muito mais estranho — e fascinante — do que os físicos conseguiam observar até agora.
[ Fonte: Xataka ]
