Físicos acabam de descobrir algo importante sobre o próton
O estudo da física em escalas microscópicas apresenta desafios significativos, especialmente na observação. Partículas minúsculas tendem a ter uma existência efêmera e as forças que determinam seu comportamento são quase imperceptíveis. No entanto, um grupo de físicos conseguiu um avanço significativo ao utilizar dados coletados há várias décadas, juntamente com uma teoria sobre o efeito da gravidade em partículas subatômicas proposta há cinquenta anos. Essa abordagem permitiu-lhes medir uma segunda propriedade mecânica do próton.
Para facilitar a compreensão, é importante saber o que é um próton. O próton é um elemento básico do átomo, assim como os nêutrons e elétrons. Ele é composto por partículas ainda menores chamadas quarks, que são mantidas unidas pela força forte, uma das quatro forças fundamentais da física (as outras sendo a gravidade, a força fraca e o eletromagnetismo). A equipe de pesquisa mediu com sucesso a distribuição da força forte dentro do próton, revelando a força de cisalhamento atuando sobre os quarks no próton.
Volker Burkert, cientista principal do Jefferson Lab e autor líder do estudo, mencionou em um comunicado do laboratório que “o pico dessa força supera quatro toneladas, o necessário para extrair um quark do próton”.
Os resultados do estudo, publicados na Reviews of Modern Physics, dão continuidade a uma descoberta de 2018 sobre a pressão interna do próton. Os dados analisados pela equipe foram obtidos a partir de experimentos realizados no Facility de Acelerador de Feixe de Elétrons Contínuo do Jefferson Lab (CEBAF). Eles utilizaram uma técnica conhecida como ‘espalhamento Compton virtual profundo’ (DVCS), na qual um elétron de alta energia é direcionado a um próton de hidrogênio. Durante essa interação, um quark no próton emite um fóton, fornecendo informações sobre as características do quark. O DVCS também fornece dados sobre o efeito da gravidade na matéria, uma ideia desenvolvida no início dos anos 2000 pelo físico Maxim Polyakov.
Burkert acrescentou: “Esse avanço teórico estabeleceu a relação entre a medição do espalhamento Compton virtual profundo e o fator de forma gravitacional. Utilizamos isso pela primeira vez para extrair a pressão que reportamos no artigo da Nature em 2018, e agora as forças normais e de cisalhamento.”
A coleta dos dados ocorreu de maneira um tanto quanto acidental. A equipe inicialmente buscava realizar imagens tridimensionais do espalhamento, mas esse processo resultou inadvertidamente em dados que revelaram como a força forte afeta o interior do próton.
Latifa Elouadhriri, coautora do estudo e cientista do Jefferson Lab, expressou no mesmo comunicado: “Na minha visão, isso é apenas o começo de algo muito maior que está por vir. Já começou a mudar a maneira como pensamos sobre a estrutura do próton.”
O método de espalhamento empregado nesta pesquisa oferece percepções sobre características do próton que estão “codificadas nos fatores de forma gravitacionais”, conforme descrito pelo Plano de Longo Alcance da Ciência Nuclear de 2023. Em outras palavras, o DVCS pode ser um caminho para a descoberta de novas áreas da física. O próximo passo da equipe é realizar novas medições do tamanho do próton. [Gizmodo]
