Charmed hadrons at the confinement scale: structure and interactions with matter

Resumo

A maior parte da matéria visível no universo encontra-se presa nos núcleos atômicos. Ao seu nível mais fundamental, essa matéria consiste de quarks e gluons que estão permanentemente confinados no interior dos hadrons, uma classe de partículas subatômicas que interagem através da força forte, como o próton e o nêutron. A dinâmica dos quarks e gluons é descrita por uma teoria quântica de campos conhecida como Cromodinâmica Ouântica, a parte fortemente interagente do Modelo Padrão. É conhecido que a OCO descreve a matéria fortemente interagente sob as condições extremas alcançadas em colisões de partículas a altas energias, mas não muito é conhecido como exatamente os quarks e gluons são mantidos confinados permanentemente no interior dos hadrons. Presentemente, são conhecidos seis tipos (ou sabores) de quarks, mas somente dois deles, up e down, existem no interior da matéria composta de prótons e nêutrons. Os outros sabores de quarks, estranho, charme, bottom e top, são produzidos em colisões de partículas a altas energias; eles são mais pesados que os quarks up e down e rapidamente decaem. O presente projeto concerne hadrons que contêm o quark charme. Desde a descoberta em 1974 do primeiro hadron contendo o quark charme, uma série de grandes avanços teóricos e experimentais nessa área dos hadrons com charme ajudaram a estabelecer a liberdade assintótica e ultimamente a OCO como a teoria fundamental da interação forte. A liberdade assintótica é uma característica da OCO que implica que os quarks e gluons interagem muito fracamente a distâncias relativas curtas. Por outro lado, na escala de confinamento, em que as distâncias relativas são da ordem do tamanho do hadron, os quarks e gluons tornam-se fortemente interagentes e novos métodos teóricos que vão além das expansões de acoplamento fraco precisam ser inventados para lidarem com fenômenos de OCO nessa escala. Ambos grupos da TUM e do 1FT têm uma longa tradição em desenvolver tais métodos para estudar hadrons com charme; enquanto o grupo da TUM desenvolveu uma expertise em métodos rigorosos e de primeiros princípios, o grupo do 1FT acumulou experiência no uso de modelos efetivos e fenomenológicos. O projeto irá explorar as competências complementares dos grupos para que se engajarem num esforço colaborativo e sinergético para explorar uma relativamente nova fronteira, o estudo da estrutura e interações de hadrons com charme com a matéria ordinária composta de prótons e nêutrons na escala de confinamento. O projeto é bastante oportuno, já que uma nova era de pesquisa em física hadrônica está prevista com a interessante possibilidade de se criar, em laboratórios em funcionamento ou que entrarão em funcionamento nos próximos anos pelo mundo afora, estados nucleares exóticos através da implantação de hadrons com charme no interior de núcleos atômicos. Isso vai abrir uma nova janela na exploração da terra incógnita do regime de confinamento da OCO. (AU)