A colaboração LHCb anunciou a identificação de uma nova partícula subatômica, formada por um quark estranho e dois quarks charm, que completa uma família de bárions teorizada há mais de seis décadas. Esta revelação marca o desfecho de uma busca por elementos que são blocos fundamentais da matéria.

A fundação da matéria: quarks e combinações iniciais

Os quarks são reconhecidos como os componentes essenciais da matéria, existindo em seis variedades distintas: up, down, charm, strange, top e bottom. Eles se combinam em duplas, formando mésons, ou em trios, que são os bárions. Há seis décadas, o desenvolvimento de modelos teóricos permitiu aos cientistas classificar as possíveis combinações de quarks e até prever a existência de partículas ainda não observadas.

Um marco significativo ocorreu em 1964, quando a detecção de uma nova partícula no Laboratório Nacional de Brookhaven validou as previsões teóricas. Composta por três quarks estranhos, sua existência confirmou a solidez dos modelos que descreviam a formação de partículas.

A ascensão do quark charm e novas previsões teóricas

A física de partículas foi novamente impactada em 1974, com a identificação do quarto quark, denominado charm. Essa revelação exigiu uma atualização dos modelos teóricos existentes para incluir as diversas novas combinações de quarks, e entre as novas previsões estavam os bárions duplamente charm.

Esses bárions específicos são formados por dois quarks charm e um terceiro quark, que pode ser up, down ou strange. O interesse dos físicos por essa família de partículas reside na capacidade de suas grandes diferenças de massa entre os quarks fornecerem dados valiosos sobre a força forte, a interação fundamental responsável por manter os quarks unidos em estruturas compostas.

Superando desafios para detectar os novos bárions

No passado, a limitação tecnológica impedia tanto a produção quanto a detecção dos bárions duplamente encantados. Em contraste com a descoberta de 1964, que envolveu a análise de 80.000 fotos de colisões em câmaras de bolhas, a busca atual exige as elevadas energias do Grande Colisor de Hádrons (LHC) e a análise de trilhões de colisões.

A Colaboração LHCb já havia encontrado o primeiro bárion duplamente encantado em 2017 e um segundo no início de 2026. Agora, meio século após as primeiras previsões teóricas, o terceiro e último integrante dessa família de bárions duplamente charm finalmente foi identificado.

A recente identificação se baseia em informações coletadas em 2024, provenientes de colisões próton-próton de alta energia no LHC. Os novos bárions duplamente encantados, produzidos nessas colisões, possuem uma existência breve, desintegrando-se em partículas mais estáveis após percorrerem um ínfimo espaço no detector. A equipe do LHCb conseguiu traçar o rastro dessas partículas efêmeras até seus pontos de origem, confirmando a assinatura da nova partícula com uma massa cerca de quatro vezes superior à de um próton.

Significado da nova descoberta, conforme especialista

“Este é um momento de grande importância histórica”, afirmou Paula Collins, futura porta-voz adjunta do experimento LHCb. Ela ressaltou que, entre as 85 partículas compostas já observadas no LHC, os três bárions duplamente encantados se destacam por sua singularidade, decaindo pela força fraca e vivendo o tempo suficiente para medições de distância de voo. A descoberta foi viabilizada pelo detector aprimorado do LHCb, que possui uma avançada capacidade de rastreamento e identificação.

Perspectivas futuras e as atualizações do LHC

O trabalho de pesquisa, contudo, está longe de ser concluído. Os próximos passos incluem a utilização dos dados mais recentes do LHCb para efetuar medições precisas das características da nova partícula, como sua massa e tempo de vida, e aprimorar o conhecimento sobre os outros bárions duplamente encantados. Ainda há expectativas de observar contrapartes excitadas dessas partículas e identificar novos bárions que incluam quarks de beleza.

Com a iminente conversão do LHC para o formato de Alta Luminosidade, o experimento LHCb prevê importantes aprimoramentos em seus detectores para a década de 2030. Os cientistas antecipam que essas melhorias permitirão o acesso a muitas outras partículas ainda não descobertas, abrindo um novo e promissor capítulo na área da física de partículas.