Físicos encontraram algumas das evidências experimentais mais fortes até agora de que uma propriedade fundamental dos prótons e nêutrons pode não estar associada aos três quarks que os compõem, como se acreditava tradicionalmente. Em vez disso, o chamado número bariônico pode ser transportado por uma estrutura em forma de Y conhecida como junção bariônica, formada por glúons.A descoberta, publicada na revista Science, oferece novas evidências para uma ideia proposta ainda na década de 1970 e pode ajudar a esclarecer um dos problemas fundamentais da física de partículas: o que mantém a matéria estável e como ela adquiriu as propriedades que permitiram a existência do Universo como o conhecemos.O número bariônico é uma propriedade usada para distinguir matéria de antimatéria e está relacionado à aparente estabilidade do próton. O próton é o bárion mais leve — uma classe de partículas subatômicas formadas por quarks — e, até hoje, nenhum caso de decaimento de próton foi observado.A explicação convencional afirma que o número bariônico é carregado pelos três quarks de valência que formam bárions como prótons e nêutrons. A nova pesquisa, porém, apresenta evidências que desfavorecem esse modelo e favorecem uma interpretação na qual o número bariônico está associado à junção bariônica.A estrutura proposta tem formato de Y e é formada pelo campo de glúons, partículas responsáveis pela interação forte que mantém os quarks unidos. A hipótese surgiu há cerca de 50 anos, mas, durante décadas, os físicos não conseguiram encontrar uma maneira experimental de distinguir adequadamente as duas possibilidades.Como explicam os pesquisadores, as três extremidades da junção bariônica estão conectadas aos quarks de valência. Por isso, na maioria dos processos físicos, é difícil determinar se o número bariônico é carregado pela junção ou pelos próprios quarks. “Por esse motivo, nenhum dos dois cenários foi inequivocamente verificado experimentalmente”, escreveram os pesquisadores no estudo publicado na Science.Ilustração de um próton, com os três quarks de valência e os glúons que os ligam – Imagem: Laboratório Nacional de ArgonneColisões quase à velocidade da luzPara tentar solucionar a questão, a STAR Collaboration analisou resultados de diferentes tipos de colisões produzidas no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), acelerador de partículas que funcionou no Brookhaven National Laboratory, em Nova York (EUA);Os pesquisadores estudaram colisões fotonucleares e colisões de núcleos isobáricos e compararam os resultados com diferentes modelos computacionais capazes de simular colisões de partículas em altas energias;Nas colisões isobáricas, dois núcleos com o mesmo número de massa são colocados em rota de colisão;O experimento analisou especificamente núcleos de rutênio e zircônio, permitindo comparar o transporte líquido de bárions com o transporte de carga elétrica entre as diferentes espécies de núcleos;Essa comparação é importante porque os quarks de valência carregam carga elétrica, enquanto a junção bariônica não possui carga elétrica.Os pesquisadores observaram que os bárions percorrem uma distância maior através da região densa e extremamente energética produzida pela colisão do que a carga elétrica. Segundo os autores, esse comportamento sugere que o número bariônico é transportado pela junção, que não sofre a mesma desaceleração que os quarks de valência eletricamente carregados.Representação de duas ideias concorrentes sobre onde o número bariônico de uma partícula é armazenado – Imagem: Colaboração STAR, Science, 2026Experimentos com núcleos de ouroA equipe também analisou colisões fotonucleares, nas quais fótons interagem com núcleos de ouro que se deslocam a velocidades relativísticas.Quando os núcleos de ouro, que possuem carga positiva, são acelerados a velocidades próximas à da luz, eles produzem um campo eletromagnético que pode ser tratado como uma fonte de fótons virtuais, ou “quase reais”.Esses fótons podem então interagir com os núcleos de ouro, proporcionando uma maneira mais limpa de observar o transporte do número bariônico. Como o fóton que chega à colisão possui número bariônico igual a zero, qualquer número bariônico líquido encontrado nos fragmentos resultantes precisa estar associado ao núcleo de ouro.Os resultados também foram compatíveis com as previsões da teoria de Regge, que incorpora uma junção bariônica de maneira mais adequada do que as simulações baseadas exclusivamente nos quarks de valência.Segundo os pesquisadores, os resultados, somados a dados anteriormente obtidos pela STAR em colisões entre núcleos de ouro em diferentes energias, desfavorecem o modelo baseado nos quarks de valência.Possíveis resultados experimentais de diferentes interações, dependendo se um bárion carrega seu número bariônico em seus quarks de valência ou em sua junção bariônica – Imagem: Colaboração STAR, Science, 2026Ainda não é uma prova definitivaApesar da força das evidências, os resultados não encerram completamente a questão.Em uma perspectiva publicada junto com o estudo na Science, o físico Wenliang Li, da Mississippi State University (EUA), ressalta que as novas medições sugerem que os glúons podem contribuir para o transporte do número bariônico, mas não constituem uma medição direta e rigorosamente controlada do mecanismo responsável pelo fenômeno.Ainda assim, a descoberta pode ter consequências importantes. Com pesquisas adicionais, a compreensão de como quarks e glúons transportam o número bariônico poderá ajudar os físicos a investigar como a interação forte organiza a matéria estável e por que existe uma predominância de matéria sobre antimatéria no Universo.“Determinar se os quarks ou o campo de glúons transportam o número bariônico poderia contribuir para compreender como a interação forte entre partículas subatômicas organiza a matéria estável e o que causa o desequilíbrio entre matéria e antimatéria no Universo.”A investigação deve continuar com novos experimentos de colisão de partículas. Entre eles está o futuro Electron-Ion Collider, que será construído no Brookhaven National Laboratory.Os próprios pesquisadores destacam que ainda são necessárias investigações adicionais sobre as teorias existentes e alternativas. Para serem consideradas viáveis, elas precisarão explicar simultaneamente todos os fenômenos observados.Até o momento, afirmam os autores, “apenas a estrutura da junção bariônica permanece qualitativamente consistente” com os resultados disponíveis.O post Após 50 anos, físicos encontram pistas sobre o que mantém a matéria unida apareceu primeiro em Olhar Digital.