Dados do detector STAR no colisor RHIC apontam para uma origem alternativa — a junção de glúons — da fundamental ferramenta de contagem de partículas da física.
Simulação mostrando a junção bariônica formada no interior de um próton ou nêutron por inúmeros glúons (François Bissey).
Resumo
Uma regra básica de contagem na física estabelece que, sempre que uma colisão cria um bárion (como um próton ou nêutron, formado por três quarks), ela deve gerar simultaneamente um antibárion correspondente, garantindo que a quantidade de matéria nuclear no universo seja fixa — a chamada "conservação do número bariônico". Durante décadas, os livros didáticos ensinaram que cada quark carrega um número bariônico de 1/3. Contudo, um estudo publicado na revista Science e conduzido pela colaboração STAR no acelerador RHIC sugere que essa propriedade fundamental pode não residir nos quarks, mas sim em um aglomerado de glúons conhecido como "junção bariônica".
O que aconteceu?
Em um estudo revolucionário publicado na revista Science, pesquisadores da colaboração internacional STAR apresentaram as evidências experimentais mais fortes já obtidas sobre a verdadeira localização do número bariônico dentro dos hádrons. Utilizando dados coletados pelo detector STAR no Colisor de Íons Pesados Relativísticos (RHIC) — instalado no Laboratório Nacional de Brookhaven —, a equipe liderada pelo físico Zhangbu Xu analisou colisões de alta energia que desafiam o modelo tradicional de que os quarks carregam isoladamente o número bariônico.
A descoberta corrobora previsões teóricas feitas há três décadas e abre portas para uma nova compreensão da estrutura interna dos núcleos atômicos e da estabilidade da matéria no universo.
Por que esta descoberta é importante?
O número bariônico é uma das grandezas conservadas mais fundamentais da física. Saber exatamente onde ele reside — se nos quarks constituintes ou na densa rede de glúons que os une — resolve um mistério de quase meio século sobre a dinâmica da força nuclear forte.
Conforme aponta Dmitri Kharzeev, físico teórico da Stony Brook University que previu a assinatura da junção há 30 anos, tratava-se de uma medição extremamente difícil e complexa. A confirmação de que os dados atuais não podem ser explicados se o número bariônico se deslocasse apenas junto com os quarks obriga a comunidade científica a reavaliar modelos fundamentais da cromodinâmica quântica.
Como funciona?
Para entender o avanço, é preciso olhar para a arquitetura interna do próton e do nêutron:
- Contagem Clássica: Cada quark possui um número bariônico de 1/3, totalizando 1 para o próton (três quarks). Cada antiquark carrega -1/3, e mésons (pares quark-antiquark) somam 0.
- A Junção Bariônica: Na década de 1970, teóricos deduziram que os glúons (portadores da força forte que unem os quarks) formam uma configuração em formato de Y que se cruza em um ponto central, a chamada junção bariônica, exigida por simetrias fundamentais da física de campos.
- O Experimento de Separação: Em altas energias, colisões podem deslocar lateralmente essa junção de glúons em relação aos seus quarks. Ao colidir núcleos (como ouro com ouro, ou zircônio com rutênio), os pesquisadores detectaram um "fluxo lateral excessivo" de bárions em relação a antibárions e à carga elétrica, revelando a assinatura do espalhamento da junção bariônica.
Contexto histórico
A ideia de que a junção bariônica poderia ser detectada foi proposta pela primeira vez em 1996 por Dmitri Kharzeev. No entanto, provar experimentalmente a sua existência exigia colisores de altíssima energia e detectores extremamente precisos, como o STAR no RHIC, que operou desde 2000 até o início de 2026.
A superação de modelos teóricos convencionais — que, segundo o físico Zi-Wei Lin, "falham miseravelmente" ao tentar descrever os dados sem considerar a junção — marca o encerramento de uma era no RHIC e pavimenta o caminho para estudos futuros no sucessor do complexo: o Colisor de Elétrons e Íons (EIC), projeto multibilionário em desenvolvimento em Brookhaven com previsão de início para meados da década de 2030.
Aplicações
- Aprimoramento dos modelos teóricos da cromodinâmica quântica (QCD).
- Compreensão mais profunda do mecanismo de geração de massa e confinamento de quarks.
- Direcionamento dos futuros experimentos no Colisor de Elétrons e Íons (EIC).
- Avanços na física de plasmas de quarks e glúons simulando as condições do universo primitivo.
"A ciência é uma maneira de pensar muito mais do que um conjunto de conhecimentos."