As estrelas de neutrões podem ter uma “estranha matéria” que não cabe na tabela periódica

Um grupo de físicos está a questionar a nossa compreensão sobre a forma como os quarks se organizam em condições extremas. A investigação visa revelar que os elementos para além do limite da tabela periódica podem ser bem mais estranhos do que pensávamos.  

Nas profundezas da tabela periódica existem “monstros” feitos de arranjos únicos de partículas subatómicas. Estes elementos não são maiores que o oganésson – o gigante da tabela periódica, que contém 118 protões e uma massa atómica um pouco inferior a 300.

Mas isso não significa que os protões e os neutrões não possam ser agrupados em aglomerados ainda maiores, permanecendo, ainda assim, relativamente estáveis por mais tempo que um piscar de olhos. Mas, para efeitos práticos, ainda ninguém os encontrou.

À medida que os cientistas especulam sobre quão longe as fronteiras da tabela periódica podem ir, vai ficando claro que os átomos ficam maiores. E, as regras que até aqui definiam os seus comportamentos mudam.

Num estudo recente, publicado em maio na revista Physical Review Letters, físicos da Universidade de Toronto, no Canadá, argumentam que as partículas que constituem os protões e os neutrões de um determinado átomo, em condições extremas, poderiam romper os seus laços  e, ainda assim, ter estabilidade suficiente para que o átomo permanecesse por perto.

Existem seis tipos de quarks classificados com nomes ímpares: up, down, strange, charm, bottom e top. Os protões contêm dois tipos de quarks, dois up e um down. Já os neutrões, por outro lado, são constituídos por dois quarks down e um up.

Os quarks não são limitados a estes arranjos de partículas. No entanto, é raro encontrar outras configurações que consigam manter-se estáveis por algum tempo.

Novas formas de energia

Há pouco mais de 30 anos, o físico Edward Witten propôs que os quarks fossem combinados em tripletos. Segundo o físico, estas combinações poderiam alcançar um certo equilíbrio se fossem submetidas a uma pressão suficiente, como a que existe dentro de uma estrela de neutrões.

Esta “estranha matéria quark“, também conhecida por SQM, seria uma mistura de proporções semelhantes de quarks up, down e strange, combinados como um líquido de inúmeras partículas a vibrar num movimento rápido e continuado.

Tendo em conta que os quarks up e down se dão suficientemente bem para formar equipas dentro de protões e neutrões, a possibilidade de fazer matéria quark – sem que estranhos quarks misturassem coisas – foi sendo descartada.

De acordo com os físicos Bob Holdom, Jing Ren e Chen Zhang, fazer as somas reais destes quarks mostra que a matéria do quark up-down, ou udQM, pode não ser apenas possível, mas preferível.

“Há décadas que os físicos procuram a SQM“, disseram os investigadores à Phys.org. “De acordo com os nosso resultados, várias pesquisas podem ter estado procurar no local errado”.

A equipa voltou ao básico e questionou o estado mais baixo de energia de um grande grupo de quarks. Os cientistas descobriram que o estado fundamental dos udQM pode realmente ser mais baixo que os SQM e que os tripletos dentro dos protões e neutrões.

Assim, se os grupos de quarks receberem um “empurrão” forte o suficiente, podem então forçar os quarks up e down a acumularem-se numa confusão líquida de energias, não precisando assim da ajuda de outros quarks estranhos.

As estrelas de neutrões poderiam dar o “empurrão” necessário, mas não é segredo nenhum que os corações dos átomos são lugares muito intensos no que respeita a forças. A equipa sugere também que os elementos com massa atómica superior a 300 possam também proporcionar as condições adequadas para forçar os quarks up e down a soltarem-se (e a festejar).

Criar estes elementos seria um desafio que implica encontrar uma forma de compilar os neutrões, de modo a torná-los em elementos super-massivos e com estabilidade suficiente. Mas, os estados mais baixos de energia dos udQM apontam caminhos para regiões estáveis além dos limites da tabela periódica.

É ainda difícil explicar exatamente como é que estes elementos pesados se parecem e comportam mas, é muito pouco provável que sigam as regras usuais.

Há ainda a hipótese dos elementos udQM dispararem através do universo na forma de raios cósmicos podendo, ser capturados na Terra. Ou, podem mesmo ser produzidos dentro de aceleradores de partículas.

“Conhecer melhor onde devemos procurar os udQM pode ajudar a alcançar uma ideia antiga: usar a matéria quark como nova fonte de energia“, afirmam os cientistas.

Gotículas estáveis de quarks não se comportariam da mesma forma que os habituais aglomerados de quarks, que encontramos em protões e neutrões. Com massas menores, poderia ser mais fácil controlá-los.

Reatores de matéria quark ainda soam a material de ficção científica mas, se esta pesquisa mostra algo, é que pode haver todo um novo campo de física aplicada no horizonte.