Publicado na revista Physical Review Letters, o trabalho apresentado estabelece uma relação entre duas formas de cálculo que podem ajudar a explicar o confinamento de quarks.
Na física de partículas, há muito tempo que os cientistas tentam entender um fenómeno curioso que ocorre quando se tentam afastar os quarks – partículas minúsculas que constituem os protões e os neutrões – parte integrante da matéria que conhecemos, mas que não observamos a olho nu. Quanto mais tentamos separá-los, maior é a força que os une, levando a que se aproximem novamente: uma interação forte, uma das quatro forças fundamentais da natureza.
Ainda não existe explicação teórica para o confinamento de quarks – que faz com que as partículas fiquem “contidas” dentro dos protões. No entanto, um trabalho agora publicado na prestigiada revista Physical Review Letters, no âmbito da tese de doutoramento do estudante da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, Bruno Fernandes, deu um passo significativo para se ajudar a desvendar este mistério: conseguiu relacionar duas formas de cálculo: as funções de correlação e as Wilson loops.
“Obter uma ligação entre estes dois objetos é importante porque permite calcular um a partir do outro”, conta Bruno Fernandes, que frequenta o 3º ano do programa Doutoral em Física da FCUP.
Para o estudante, a chave pode estar no cálculo das Wilson loops – objetos que permitem medir a força da interação entre quarks ao longo duma curva fechada (um “loop“). “Ao sabermos mais sobre estes objetos, esperamos conseguir também mais informação sobre o confinamento e sobre como as partículas interagem”, salienta.
O trabalho publicado por investigadores da FCUP apresenta avanços importantes na área da física de partículas. Foto: Shutterstock
Apesar de ser um estudo da física teórica, a relação entre duas classes extensas de objetos com naturezas muito diferentes pode ter implicações para a física de partículas experimental. “As funções de correlação permitem determinar a probabilidade de um dado processo físico ocorrer e estas probabilidades podem ser medidas em colisores de partículas”, detalha Bruno Fernandes. O estudante acrescenta que o trabalho realizado pode então “fornecer previsões teóricas para serem posteriormente comparadas com experiências”.
Esta investigação resultou de uma colaboração entre três instituições diferentes, a Universidade do Porto, o DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron – Síncrotron Alemão de Elétrons) em Hamburgo, na Alemanha, e a King’s College London, em Inglaterra.
O artigo é também assinado pelo investigador do Departamento de Física e Astronomia da FCUP, Vasco Gonçalves, orientador de Bruno Fernandes.
Como esta correspondência, entre as funções de correlação e as Wilson loops, pode aplicar-se a objetos mais genéricos do que se pensava – o que foi uma das conclusões deste trabalho – os investigadores querem também usar esta descoberta para estudar outros fenómenos.
Por exemplo, estão agora dedicados ao estudo do “cusp anomalous dimension”, que descreve como a força de interação entre partículas muda quando elas se afastam em ângulos agudos, como acontece na física das altas energias. “De momento apenas sabemos calculá-lo para interações muito fracas. Estamos atualmente a tentar obter resultados para este objeto que sejam válidos para interações arbitrariamente fortes”, conclui o doutorando da FCUP.