Prótons parecem ter tamanhos diferentes dependendo de como você os olha

Com informações da New Scientist - 31/03/2023

Um próton é bem mais complexo do que costuma imaginar - as grandes esferas vermelhas são quarks para cima e a grande esfera azul um quark para baixo.
[Imagem: CERN]

Novo retrato do próton

O próton, um dos blocos de construção de toda a matéria, revela tamanhos diferentes, dependendo de como você o olha: Se você estiver olhando para sua carga elétrica, ele terá um determinado raio, mas se você olhar para sua massa verá um raio menor, porque sua massa é mantida no centro.

"Temos uma nova imagem do próton. Não é que tenhamos removido informações, é uma novidade no sentido de que adicionamos informações que não estavam lá," disse Zein-Eddine Meziani, do Laboratório Nacional Argônio, nos EUA.

Na década de 1960, experimentos que dispararam elétrons contra prótons revelaram que estes últimos continham partículas eletricamente carregadas, que agora conhecemos como quarks. Um próton tem dois quarks para cima e um para baixo. Posteriormente, descobriu-se que esses quarks estão unidos por partículas chamadas glúons.

Agora sabemos muito mais sobre quarks e até onde seu campo elétrico se estende no espaço, comumente conhecido como raio do próton. Mas sabemos pouco sobre os glúons, que contêm a maior parte da massa do próton na forma de energia - como eles não têm carga, são muito mais difíceis de estudar. Entender como eles são distribuídos pode nos dizer como a massa do próton está organizada e sua estrutura interna.

Agora, os físicos sondaram os glúons do próton com uma partícula chamada méson J/psi, ou charmônio. Isso é possível porque, embora os glúons não tenham carga elétrica, eles possuem uma propriedade chamada carga de cor, que vem da força nuclear forte, uma das quatro forças fundamentais do Universo - as outras são a força fraca, o eletromagnetismo e a gravidade.

Dois tamanhos do próton

Os pesquisadores dispararam um feixe de fótons no hidrogênio líquido, que é basicamente um amontoado de prótons, e os fótons interagiram com os prótons. Essas colisões produziram mésons J/psi de vida curta, cada um composto por um quark charme e seu antiquark, que também têm carga de cor e, portanto, podem interagir com os glúons.

Os resultados indicam que a massa dos glúons está confinada em um núcleo denso no centro do próton, enquanto a carga dos quarks se estende a um segundo raio maior.

Esta é uma estrutura bem diferente da desenhada até agora, e uma estrutura interna diferente pode ter implicações para o cálculo de outras propriedades do próton, como spin, momento angular e distribuição de energia, das quais dependem muitos outros experimentos.

E algumas das descobertas mais recentes se baseiam nos modelos usados para calcular essas propriedades, e esses modelos não se mostraram totalmente confiáveis.

• Surpresa na Física: Próton pode ter seu próprio quark charme

Mais tópicos