Visão inédita dos nêutrons ajuda a entender ainda mais a composição da matéria

Após mais de 10 anos de estudos, cientistas liderados por Silvia Niccolai, diretora do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica, obtiveram uma visão inédita sobre a complexa estrutura dos nêutrons, partículas subatômicas fundamentais. Para isso, a equipe usou o poderoso Detector Central de Nêutrons, instalado no Jefferson Lab, laboratório do Departamento de Energia dos EUA, que começou a ser construído em 2011.

Os dados obtidos no estudo estão ajudando a desvendar mistérios sobre a interação de partículas chamadas quarks e glúons, elementos-chave para entender a composição da matéria. O nêutron, assim como o próton, é composto por três quarks. Quando há dois quarks de sabor “up” e um de sabor “down”, temos um próton. Quando há dois quarks de sabor “down” e um de sabor “up”, temos um nêutron.

É importante ressaltar que o “sabor” dos quarks não tem nada a ver com o sabor que percebemos ao comer alimentos. É apenas um termo técnico utilizado para classificar diferentes tipos de quarks, conforme suas propriedades quânticas e na forma como interagem com outras partículas.

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Para entender a fundo nêutrons e prótons, experimentos com aceleradores de partículas têm sido realizados, disparando elétrons contra núcleos e analisando como as partículas se comportam. Embora os prótons tenham sido amplamente estudados, os nêutrons representavam um desafio, pois suas interações dificultavam a detecção.

O complexo estudo dos nêutrons

Imagem: Detector Central de Nêutrons/Silvia Niccolai/Jefferson Lab

Ao longo dos anos, os cientistas conseguiram superar esses obstáculos e, após enfrentar desafios técnicos, como a contaminação dos dados por prótons, foram capazes de coletar medições cruciais. Os resultados revelaram informações inéditas sobre a distribuição dos quarks nos nêutrons, especialmente em relação a uma distribuição chamada “GPD E”, que está relacionada ao “spin” das partículas (uma propriedade intrínseca das partículas elementares, sendo um fenômeno puramente quântico que não pode ser visualizado de forma clássica).

O avanço de agora é vital para entender o que contribui para o “spin” total das partículas dentro de um átomo, pois estudos anteriores mostraram que a contribuição dos quarks é insuficiente para explicar completamente esse fenômeno, resultando em um problema conhecido como “crise do spin”. A pesquisa, que foi publicada na Physical Review Letters, promete abrir caminho para futuras descobertas sobre os processos quânticos que regem a estrutura da matéria.

Via ScienceAlert

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