Utilizando um enorme conjunto de dados obtido na maior energia de colisão de partículas já alcançada (13 TeV), a colaboração CMS do Large Hadron Collider (LHC) anunciou a descoberta de dois novos estados excitados do méson Bc. Essa descoberta ajuda a trazer subsídios para um maior entendimento da cromodinâmica quântica (QCD).

A QCD é, atualmente, a melhor descrição de como os quarks interagem, através da força nuclear forte, para formar bárions (partículas compostas por três quarks, como prótons e nêutrons) e mésons (pares de quarks e antiquarks). As previsões da QCD são principalmente apoiadas por observações feitas em energias baixas, mas ainda são relativamente pouco testadas para partículas compostas por quarks massivos.

De acordo com a QCD, o méson Bc pode ser composto por um quark bottom e um antiquark charm ou por um quark charm e um antiquark bottom. Mésons existem em vários estados de excitação, que são determinados pelo spin e pelo momento angular orbital dos quarks que os constituem. Duas décadas atrás pesquisadores do Tevatron do Fermilab observaram o estado fundamental do méson Bc, o qual os físicos esperavam ser apenas o primeiro de muitos estados possíveis. Pesquisas subsequentes tiveram resultados diferentes: um detector no LHC observou o que parecia ser um único estado de excitação Bc*, enquanto outro, operando com uma energia similar, não o detectou. Agora, a colaboração CMS confirmou o resultado positivo anterior e descobriu que o sinal observado na verdade representava um par de estados de excitação com energias muito próximas.

O méson Bc combina um quark pesado (ou antiquark) com uma partícula mais leve, o que faz os pesquisadores suporem que suas propriedades devem estar entre as dos mésons compostos apenas por constituintes leves e as dos mésons constituídos por quarks pesados. No momento, previsões detalhadas das características de seus estados excitados ainda são difíceis de fazer, pois a distribuição desigual de massa pode invalidar algumas das aproximações utilizadas nos cálculos. Quando forem melhor descritas, entretanto, elas permitirão colocar à prova esses aspectos menos explorados da QCD e avançar nossa compreensão da dinâmica de quarks.

A pesquisa foi publicada na Physical Review Letters.