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Cientistas podem ter resolvido um mistério quântico de 35 anos

Cientistas podem ter resolvido um mistério quântico de 35 anos

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Os cientistas parecem ter finalmente descoberto a resposta ao mistério de 35 anos de por que os quarks - os blocos de construção de prótons e nêutrons, chamados coletivamente de núcleons - parecem desacelerar quando se fundem em um núcleo atômico, de acordo com um relatório da LiveScience .

Forças fortes, quarks e o efeito EMC

Por 35 anos, os cientistas tentaram e não conseguiram entender por que os quarks desaceleram de forma drástica quando entram em um núcleo atômico. A razão pela qual isso é especialmente incômodo para os cientistas é que os quarks do núcleo são unidos pelos glúons e são governados pelo que é conhecido como força forte, que é cerca de 100 vezes mais poderosa que a força eletromagnética que mantém os elétrons em órbita ao redor do núcleo atômico e liga o próprio núcleo atômico.

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É a força forte que governa de forma esmagadora o momento interno dos quarks de um nucleon, então não deve importar para a velocidade dos quarks se eles formam ou não um nucleon livre ou um nucleon que faz parte de um núcleo atômico, mas os cientistas têm visto que parece ser esse o caso.

É o que é conhecido como efeito EMC, em homenagem à European Muon Collaboration no CERN, que o descobriu pela primeira vez em 1983, e tem desafiado consistentemente as tentativas dos físicos de explicar.

Pares Correlacionados

A CLAS Collaboration, uma equipe internacional de cientistas, parece ter encontrado a resposta para o mistério da EMC. Sua pesquisa, publicada na revista Natureza este mês, focou no estudo de algo conhecido como “pares correlacionados” de núcleons.

Mesmo que um nucleon seja realmente apenas um sistema de três quarks ligados no espaço, esses sistemas geralmente ficam dentro de seu próprio bolso e não invadem o espaço de outro nucleon. Às vezes, porém, esses dois bolsos entram em “contato” e se sobrepõem por um período de tempo antes de se separarem novamente. Quando isso acontece, eles são chamados de pares correlacionados de curto alcance (SRC).

O que os pesquisadores descobriram foi que essa sobreposição pode estar fortemente ligada ao efeito EMC observado. Seus dados parecem mostrar que os quarks de um nucleon não desaceleram uma vez que entram em um núcleo, afinal, apenas os quarks de um par SRC o fazem.

Quando um par de nucleons se correlaciona, a quantidade relativamente grande de energia que alimenta as forças fortes dos dois nucleons começa a fluir entre o sistema de quarks de cada nucleon, causando a interrupção em seu momentum. Essa interrupção parece tão pronunciada que distorce os dados sobre a velocidade dos quarks no núcleo atômico em geral.

A matemática que os pesquisadores desenvolveram em sua pesquisa mostra que a troca de energia entre um SRC nêutron-próton explicaria o efeito EMC observado, de acordo com Gerald Feldman, que escreveu um artigo em Natureza sobre o estudo publicado, mas que não participou da pesquisa da Colaboração CLAS.

“O CLAS Collaboration usou dados de espalhamento de elétrons obtidos no Jefferson Lab para estabelecer uma relação entre o tamanho do efeito EMC e o número de pares SRC nêutron-próton em um determinado núcleo”, escreve Feldman.

“Uma característica fundamental do trabalho é a extração de uma função matemática que inclui o efeito dos pares SRC na seção transversal de espalhamento e que se mostra independente do núcleo. Essa universalidade fornece uma forte confirmação da correlação entre o efeito EMC e os pares SRC nêutron-próton. ”


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