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nov 25

Física: Simulação recalcula o modelo padrão, as massas do próton e do nêutron foram confirmadas

O modelo padrão foi posto a prova e seus cálculos foram confirmados. Isso reforça a teoria das interações quark-gluón em partículas nucleares. (Ron Cowen na ScienceNews.org)

Um novo estudo confirma que quando o assunto é ‘peso’, os quarks e glúons governam o Universo.

Um dos maiores esforços computacionais já realizados para calcular a massa dos prótons e nêutrons atesta que o Modelo Padrão da física de partículas estima essas massas com uma margem de erro inferior a 4%.

Christian Hoelbling, afiliado à Universidade Bergische Wuppertal na Alemanha, à Universidade Eötvös em Budapeste e ao CNRS em Marselha, França, e sua equipe publicaram suas descobertas na revista Science em 21 de novembro.

Quase toda a massa da matéria comum está acumulada nos núcleos atômicos, os quais são compostos de nêutrons e prótons. Estas partículas são por sua vez compostas de quarks, os quais estão unidos entre si por partículas sem massa chamadas de glúons.

Os glúons são as partículas mensageiras que propagam a força nuclear forte e estão sendo constantemente permutadas pelos quarks, tal e como se descreve na teoria conhecida como cromodinâmica quântica (QCD). Estas permutas unem os quarks entre si modificando uma propriedade quântica conhecida como carga de cor. Esta carga é similar a uma carga elétrica, mas se apresenta em três valores distintos, caprichosamente convencionados como “vermelho”, “azul” ou “verde”. Seis tipos distintos de quarks interagem com oito variedades de glúons para criar uma panóplia de partículas elementares.

Os novos cálculos computacionais confirmam uma previsão da QCD, dizem os autores. Tal previsão estabelece que a massa das partículas elementares tais como os nêutrons e prótons é originada da energia associada às interações entre quarks e glúons.

Calcular exatamente quantas destas interações geram a massa de prótons e nêutrons exige vários tipos de aproximações. Isso se deve em parte ao fato que a QCD tem algumas propriedades peculiares: Dado que a força forte, mediada por glúons, entre os quarks se torna mais forte quando os quarks se separam, os quarks nunca poderiam ser observados como agentes livres, mas somente aos pares. Por outro lado, em distâncias extremamente curtas, nas quais se estudam as altas energias, os quarks e glúons interagem entre si debilmente.

Em seus cálculos, Hoelbling e seus colaboradores aproximaram a continuidade do espaço-tempo através de uma rede cristalina tetradimensional composta de pontos discretos colocados ao longo de filas e colunas. Os pesquisadores resolveram as equações da QCD em retículas cada vez mais finas, e posteriormente extrapolaram os resultados até a atingir a continuidade, contando e medindo laboriosamente cada aproximação e incerteza ao longo do caminho.

Embora a associação entre a QCD e a massa conhecida das partículas fosse algo já esperado, a descoberta ainda é importante, afirma a equipe. “Foi tomada como uma conjetura durante quase três décadas que estas partículas fundamentais – quarks e glúons – nunca seriam observadas, senão somente nos estados limite (estáveis) das mesmas, como os prótons e nêutrons”, explicaram Hoelbling e seus colegas em nota explicativa. Além disso, o time completou, “os físicos agora podem estar mais confiantes ao aplicar a QCD aos outros fenômenos da física de partículas que também necessitam de uma explicação utilizando essa teoria”.

“Uma vez que a precisão dos cálculos coincide com as medidas de laboratório, nós agora sabemos, em lugar de apenas acreditar, que a fonte da massa da matéria comum é a QCD”, aponta Andreas Kronfeld do Laboratório do Acelerador Nacional Fermi em Batávia, Illinois, em um comentário que acompanha o artigo da revista Science.

Em outras palavras (como se diria na matemática): QCD é CQD (*)

Fontes:

ScienceNews.org: Standard model gets right answer for proton, neutron masses

ScienceMag.org: At Long Last, Physicists Calculate the Proton’s Mass

Science: Ab Initio Determination of Light Hadron Masses

Por: S. Dürr, Z. Fodor, J. Frison, C. Hoelbling, R. Hoffmann, S. D. Katz, S. Krieg, T. Kurth, L. Lellouch, T. Lippert, K. K. Szabo, e G. Vulvert (21 Novembro 2008)

Science 322 (5905), 1224. [DOI: 10.1126/science.1163233]

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(*) CQD: como queríamos demonstrar” ou QED em latim, “Quod erat demonstrandum).

1 menção

  1. Física: Por que existimos? A supremacia da Matéria sobre a Antimatéria foi finalmente medida e comprovada « Eternos Aprendizes

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