Depois de mais de uma década de pesquisas intensivas, cientistas liderados pela renomada Silvia Niccolai, diretora do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica, alcançaram uma visão inédita sobre a complexa estrutura dos nêutrons, partículas subatômicas vitais para a composição da matéria. A equipe utilizou o potente Detector Central de Nêutrons, que está instalado no Jefferson Lab, um laboratório do Departamento de Energia dos EUA que começou a ser construído em 2011.

Este estudo inovador revela detalhes cruciais sobre as interações de partículas chamadas quarks e glúons, elementos fundamentais para compreender a estrutura da matéria. Os nêutrons, assim como os prótons, são formados por três quarks. Um próton é composto por dois quarks do tipo “up” e um do tipo “down”, enquanto um nêutron tem dois quarks do tipo “down” e um do tipo “up”.

É essencial mencionar que o “sabor” dos quarks não se relaciona com a experiência sensorial da alimentação; trata-se de uma terminologia técnica utilizada para categorizar diferentes tipos de quarks com base em suas propriedades quânticas e como eles interagem com outras partículas.

Além disso, a pesquisa destaca a importância de eventos recentes em física de partículas, incluindo a observação do “Fantasma 4D” no acelerador de partículas do CERN e propostas de planos para detectar a elusive partícula de gravidade.

Compreender profundamente os nêutrons e os prótons tem sido uma empreitada complexa, sendo necessário realizar experimentos com aceleradores de partículas que envolvem a colisão de elétrons com núcleos atômicos, para analisar o comportamento resultante das partículas. Enquanto os prótons já foram amplamente estudados, os nêutrons apresentam dificuldades devido às suas interações que complicam a detecção.

O estudo complexo dos nêutrons ultrapassou diversos obstáculos ao longo dos anos. Após superar desafios técnicos, como a contaminação dos dados por prótons, a equipe conseguiu coletar medições cruciais. Os resultados revelaram informações inéditas sobre a distribuição de quarks nos nêutrons, em especial relativas a uma distribuição conhecida como “GPD E”, cuja relevância está conectada ao “spin” das partículas—uma propriedade intrínseca das partículas elementares que é um fenômeno puramente quântico, não podendo ser visualizado de forma clássica.

Esse avanço é crucial para desvendar o que contribui para o “spin” total das partículas dentro de um átomo. Estudos anteriores evidenciaram que a contribuição dos quarks é insuficiente para explicar completamente este fenômeno, resultando na conhecida “crise do spin”. A pesquisa, publicada na revista Physical Review Letters, promete abrir novas portas para descobertas futuras sobre os processos quânticos que governam a estrutura fundamental da matéria, desafiando nossas noções padrão e potencialmente revelando novos fenômenos na física moderna.