STAR desafia modelos do protão centrados nos quarks

Quando dois núcleos atómicos colidem com energia suficiente, os quarks que constituem os seus protões dispersam-se. O número bariónico, que distingue partículas como o protão e o neutrão, não se perde: tem de ir para algum lado. Em dois testes publicados a 13 de agosto de 2026 na revista Science, a colaboração STAR, num acelerador de partículas norte-americano, concluiu que esse número não se desloca como preveem os modelos que o associam aos quarks que chegam à colisão (Science). A 6 de outubro, a revista Nature descreveu o trabalho como a prova experimental mais forte até agora de que o número bariónico pode acompanhar uma estrutura do campo dos gluões (Nature).

Um registo que tem sempre de fechar

O número bariónico pode imaginar-se como um registo que tem de fechar depois de cada operação, por violenta que seja. Um protão ou um neutrão conta como +1, um antiprotão como −1 e cada quark como um terço; os três quarks de um protão somam, assim, exatamente um (Science). Com contas tão simples, é natural atribuir aos quarks essa identidade.

Os quarks são mantidos juntos pelos gluões, partículas que transportam a força forte, como se cordas elásticas segurassem três berlindes. O campo de gluões que liga os três quarks de um protão pode ser representado por três fios que se encontram num ponto, formando uma espécie de Y (Brookhaven).

Alguns teóricos defendem que o número bariónico pertence a esse ponto de encontro, chamado junção, e não aos quarks nas extremidades dos fios. Se tiverem razão, uma colisão poderá enviar o número bariónico numa direção e os quarks originais noutra.

Usar a carga como marcador

É difícil distinguir estas duas hipóteses, porque os braços da junção terminam sempre em quarks. A STAR, uma grande colaboração que inclui várias universidades europeias (PubMed), usou a carga elétrica como marcador: os quarks têm carga, os gluões não.

A equipa comparou colisões entre dois núcleos quase gémeos. O ruténio-96 e o zircónio-96 têm ambos 96 nucleões (protões e neutrões), mas o ruténio tem 44 protões e o zircónio, 40. Em 2018, a STAR registou cerca de dois mil milhões de colisões de cada tipo (STAR). Como o número bariónico inicial é igual e só a carga difere, qualquer discrepância entre o destino do número bariónico e o da carga deverá tornar-se visível.

A STAR mediu depois duas diferenças entre os tipos de colisão: a variação do número bariónico que chega ao centro e a variação da carga que ali chega. Normalizou a comparação de modo que o resultado fosse exatamente 1 se o número bariónico se deslocasse apenas com os quarks que entram na colisão. Nas colisões mais frontais, mediu 1,84 (artigo da STAR). A maior incerteza resulta dos neutrões, que o detetor não consegue observar e que a equipa teve, por isso, de estimar. Ainda assim, chegou ao centro muito mais número bariónico do que a carga consegue explicar.

Uma segunda colisão aponta na mesma direção

O segundo teste usou núcleos de ouro numa colisão menos violenta. A STAR isolou eventos em que um fotão de um dos núcleos atingiu o outro e mediu a distribuição, ao longo da linha do feixe, do excesso de protões sobre antiprotões. As simulações habituais previam uma distribuição mais inclinada, deslocada no sentido do movimento. A distribuição medida coincidiu com o intervalo esperado caso as junções transportem o número bariónico (artigo da STAR). Nesta amostra, foi possível comparar com a teoria apenas a forma da distribuição, não o número absoluto de protões.

Físicos alheios ao estudo pedem cautela. Chun Shen disse à Science News que os resultados favorecem as junções, mas ainda não são uma «prova decisiva»; Zi-Wei Lin observou que a própria junção é uma ligação que envolve quarks, pelo que dizer «gluões em vez de quarks» simplifica em excesso (Science News).

Uma prova mais conclusiva poderá vir do Electron–Ion Collider, um acelerador planeado. Uma proposta de 2024, publicada com revisão por pares, descreveu uma comparação entre o percurso do número bariónico e o da carga, usando aí alvos de ruténio e zircónio (EPJ C).

A junção é inferida a partir dos detritos da colisão; ninguém a observou diretamente. O que a STAR observou foi que ambos os testes se afastam dos modelos em que o número bariónico acompanha apenas os quarks que chegam à colisão. Qualquer explicação de como um protão conserva a sua identidade durante uma colisão terá agora de dar conta desse resultado.