Parece contraditório, mas boa parte da massa do seu corpo tem origem em partículas que não possuem massa própria. Elas participam das forças responsáveis por manter a matéria unida, e seu comportamento ainda desafia os físicos. Agora, cientistas do CERN encontraram novas evidências de um fenômeno previsto há décadas. A descoberta aconteceu dentro de núcleos de chumbo e pode ajudar a explicar como a matéria funciona em suas menores escalas.
Como partículas sem massa ajudam a explicar o peso de tudo ao nosso redor
Para compreender a descoberta, precisamos olhar para o interior dos prótons e nêutrons, partículas que formam os núcleos atômicos.
Eles são constituídos por quarks, mantidos unidos pela força nuclear forte, transmitida por partículas chamadas glúons.
Embora os glúons não tenham massa de repouso, a energia associada a eles e à dinâmica dos quarks responde pela maior parte da massa dos prótons e nêutrons.
Isso acontece porque, segundo a famosa relação de Einstein, energia e massa estão diretamente relacionadas.
A massa dos próprios quarks representa apenas uma pequena parcela da massa de um próton.
Por isso, compreender como os glúons interagem é fundamental para explicar a origem da maior parte da massa da matéria comum.
Foi justamente esse comportamento que pesquisadores da colaboração ALICE, no Grande Colisor de Hádrons (LHC), investigaram em um novo experimento.
O CERN utilizou luz para investigar o interior de núcleos atômicos
O estudo, publicado na revista Physical Review Letters, analisou interações entre núcleos de chumbo que passavam extremamente próximos uns dos outros, sem colidir diretamente.
Esses eventos são conhecidos como colisões ultraperiféricas.
Como os núcleos se movimentam a velocidades próximas à da luz, produzem campos eletromagnéticos intensos que podem ser descritos como fontes de fótons de alta energia.
Quando esses fótons interagem com outro núcleo, podem produzir partículas chamadas J/ψ.
Os pesquisadores estudaram especificamente a produção incoerente dessas partículas, processo sensível às irregularidades internas do núcleo.
A técnica funciona como uma espécie de microscópio capaz de investigar estruturas extraordinariamente pequenas.
Utilizando dados da segunda fase de operação do LHC, a equipe analisou energias entre 20 e 633 gigaelétron-volts.
As medições alcançaram escalas de 0,6, 0,3 e 0,2 femtômetros.
Para comparação, um femtômetro corresponde a um quadrilionésimo de metro.
Na menor escala investigada, os cientistas conseguiram sondar estruturas significativamente menores que um próton.
Os glúons começaram a apresentar um comportamento previsto pela teoria
Ao analisar as menores escalas, os pesquisadores observaram uma redução acentuada na produção de partículas J/ψ.
Esse resultado não foi completamente explicado pelo modelo tradicional conhecido como sombreamento nuclear.
Nesse modelo, a sobreposição dos glúons reduz a probabilidade de determinadas interações.
Entretanto, os dados encontrados apontam para um efeito adicional: a chamada saturação de glúons.
Segundo a cromodinâmica quântica, teoria que descreve a força nuclear forte, quando os glúons atingem densidades extremamente elevadas, suas interações passam a limitar o crescimento dessa concentração.
Em outras palavras, eles deixam de se comportar como componentes relativamente independentes e apresentam efeitos coletivos.
Os resultados também são compatíveis com modelos que descrevem regiões de altíssima densidade, conhecidas como hot spots, dentro dos núcleos.
Essas estruturas podem variar conforme a energia da interação.
A descoberta confirma uma previsão antiga da física?
Ainda não definitivamente.
A evidência encontrada apresenta significância estatística próxima de três desvios-padrão.
Na física de partículas, esse resultado é considerado uma indicação relevante, mas não alcança o padrão de cinco desvios-padrão normalmente exigido para anunciar uma descoberta confirmada.
Além disso, o fenômeno não contradiz as leis conhecidas da física.
Pelo contrário: a saturação de glúons é uma previsão da cromodinâmica quântica que pesquisadores procuram demonstrar experimentalmente há décadas.
O estudo indica que modelos mais simples podem não descrever completamente o comportamento da matéria nessas condições extremas.
Novas medições do LHC poderão aumentar a precisão dos resultados.
O futuro Colisor Elétron-Íon, em construção no Laboratório Nacional de Brookhaven, nos Estados Unidos, também deverá investigar esse regime de alta densidade.
A importância da descoberta está em aproximar os cientistas da compreensão de como a energia das interações fundamentais produz a maior parte da massa da matéria comum.
Entender o comportamento coletivo dos glúons significa avançar na explicação de por que prótons, nêutrons e, consequentemente, nossos corpos possuem massa.
