Uma partícula detectada em um acelerador chinês há quinze anos pode ser constituída principalmente de glúons, as partículas que mantêm os quarks unidos nos prótons e nêutrons. As últimas medições do experimento BESIII reforçam essa interpretação para X(2370), um objeto cuja natureza permanecia incerta.
Normalmente, as partículas formadas pela interação nuclear forte contêm quarks. Os glúons garantem sua ligação, como uma espécie de cola em uma escala infinitamente menor que o átomo. A teoria prevê, no entanto, que os glúons também possam se ligar entre si sem quarks de valência. Tal estrutura é chamada de «glueball», literalmente uma bola de glúons.
Um núcleo atômico clássico é constituído por quarks (aqui, as pequenas esferas coloridas), mantidos juntos em grupos de três por glúons (as ligações brancas). Cada grupo de três quarks assim ligados forma um próton ou um nêutron.
Fonte: FIJ PAN
O princípio é previsto há décadas, mas reconhecer uma glueball nos experimentos é difícil. As partículas produzidas nos aceleradores desaparecem quase imediatamente e são identificadas graças às partículas nas quais se transformam. Além disso, vários candidatos podem compartilhar características semelhantes.
A BESIII a estuda por meio dos decaimentos do méson J/ψ, uma partícula produzida em grande quantidade no colisor elétron-pósitron de Pequim. O experimento dispõe agora de cerca de 10 bilhões de eventos J/ψ. Essa quantidade permite examinar transformações muito raras e comparar com precisão as diferentes maneiras pelas quais X(2370) pode decair.
Uma peça recente do quebra-cabeça vem justamente de uma transformação que os físicos esperavam poder detectar segundo algumas interpretações de X(2370). Eles procuraram um decaimento que passasse por uma partícula chamada K*(892), mas não encontraram nenhuma evidência. Essa ausência fornece informações sobre a composição de X(2370).
Concretamente, os dados indicam que X(2370) se comporta como um estado que não privilegia nenhuma das três famílias leves de quarks. Essa propriedade se soma a vários outros indícios já medidos: sua massa, suas características quânticas, sua produção nos decaimentos do méson J/ψ e as maneiras como se transforma correspondem ao que se espera da glueball mais leve dessa categoria.
Os autores falam de uma glueball como componente dominante, e não de uma partícula necessariamente constituída por glúons puros. Essa nuance é importante, pois os estados produzidos pela interação forte podem se misturar. Portanto, as medições precisam distinguir uma forte componente gluônica de outras estruturas possíveis que ainda contenham quarks.
As próximas medições poderão testar essa interpretação em outros canais de decaimento e determinar com mais precisão a parcela realmente atribuível aos glúons. A BESIII dispõe, para isso, de sua enorme amostra de J/ψ, que permite buscar transformações ainda mais raras de X(2370) e confrontar cada uma delas com as previsões.