Experiência Inovadora Revela pela Primeira Vez a Estrutura Interna do Neutrão
(Eduard Muzhevskyi/Science Photo Library/Getty Images)
Uma experiência com a duração de uma década proporcionou o primeiro vislumbre do furacão caótico de partículas no interior do neutrão, abrindo caminho para a resolução de um mistério fundamental sobre os blocos de construção da matéria.
Utilizando dados do Detetor Central de Neutrões da Instalação Nacional de Aceleradores Thomas Jefferson (TJNAF) do Departamento de Energia dos EUA, os investigadores estão a começar a mapear a mecânica quântica do comportamento dos neutrões. Silvia Niccolai, diretora de investigação do Centro Nacional Francês de Investigação Científica, considera que este é um marco significativo para os estudos do núcleon.
Quarks que formam os protões e os neutrões. (Harp/Pelican Two/Wikimedia Commons/CC-BY-SA 4.0)
Os neutrões, tal como os protões, são constituídos por quarks unidos por gluões, mas a sua dinâmica interna está longe de ser ordenada. Em vez de um arranjo ordenado, estas partículas existem numa tempestade quântica de constante criação e aniquilação. Para explorar este caos, os físicos tradicionalmente disparam electrões contra partículas nucleares e analisam os padrões de dispersão, simplificando os resultados em estruturas quânticas chamadas partões.
Enquanto as anteriores experiências com aceleradores de partículas de alta energia no TJNAF esclareceram o comportamento dos protões, os neutrões revelaram-se mais evasivos, com os electrões dispersos a escaparem frequentemente à deteção. Em 2011, os investigadores começaram a desenvolver um detetor especializado em colaboração com o CNRS, que foi instalado em 2017 e iniciou as experiências em 2019. Apesar de desafios como a contaminação por protões, um filtro de aprendizagem automática ajudou a refinar os dados.
Novos dados lançam luz sobre a distribuição generalizada de partículas (GPD) E em nêutrons, revelando diferenças importantes no comportamento de quarks e na estrutura de spin dos núcleons
A Central de Deteção de Nêutrons instalada na Sala Experimental B do TJNAF. (Silvia Niccolai)
Estes dados já melhoraram a compreensão de uma propriedade mal compreendida dos neutrões: a distribuição generalizada de protões (GPD) E. Comparando os resultados dos neutrões e dos protões, os investigadores identificaram diferenças fundamentais no comportamento dos quarks, oferecendo uma visão da estrutura de spin dos nucleões.
O spin, uma propriedade quântica semelhante ao momento angular, tem intrigado os físicos durante décadas. Os quarks representam apenas cerca de 30% do spin total de um nucleão, deixando o resto por explicar – um mistério conhecido como a “crise do spin”. A compreensão do GPD E pode fornecer pistas cruciais sobre a origem do spin remanescente, seja por interações com gluões ou outros fenómenos.
Com esta descoberta, os investigadores dispõem agora das ferramentas necessárias para comparar o funcionamento interno dos neutrões e dos protões, prometendo avanços emocionantes na mecânica quântica e uma compreensão mais profunda das forças que moldam o Universo.
Leia o Artigo Original: Science Alert
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