Caro professor:
As propriedades dos quarks up e down são inferidas em acordo com alguns experimentos desenvolvidos que nunca conseguiram isolar estás partículas, dado que a necessidade de energia para tal supera a energia de criação de pares. Eis minha dúvida, existe a possibilidade de eventualmente existirem 3 destas partículas de 1 geração, sendo duas com carga -1/3 mas massas levemente diferentes?Isso é, os dados experimentais conseguiriam suportar a existência de 3 (u, d, d2) quarks com 2 sabores na primeira geração?
Muito interessante a pergunta sobre uma possível existência de um terceiro quark na primeira geração do modelo padrão das partículas elementares (MP).
Se pensamos nos procedimentos de como estudamos algumas propriedades desses quarks, por exemplo, através de experiências utilizando o espalhamento inelástico profundo [1], onde partículas como elétrons/pósitrons/múons são aceleradas a altas energias e postas a colidir com alvos de matéria, interagindo efetivamente com os constituintes dos hádrons, a detecção de “d2” poderia ser inviável experimentalmente dependendo da proximidade com a massa do quark down, dado que a carga elétrica é a mesma.
Uma outra forma de se pensar: ao postular um terceiro quark com essas propriedades (supondo similares às do quark down do MP), seria esperado um espectro hadrônico bem maior. Pois todos os hádrons constituídos de quarks down teriam “parceiros” muito parecidos (além dos já conhecidos, como estados excitados de maior momento angular total e/ou spin). O valor das massas de alguns desses hádrons são conhecidas com bastante precisão, por exemplo, as massas dos mésons píons carregados e neutros (que possuem como um dos constituintes o quark down) são respectivamente: (139.57039 +- 0.00018) MeV e (134.9768 +- 0.0005) MeV [2]. Massas do próton e nêutron, (938.272081 +- 0.000006) MeV e (939.565413 +- 0.000006) MeV [2].
Em geral, a maior parte da massa dos hádrons é devido à interação entre seus componentes, mas dependendo de quão discrepantes forem as massas de “d” e “d2”, seria possível perceber a diferença. Lembrando que a medida atual da massa do quark down é (4.67^{+0.48}_{-0.17} MeV) [2] . E de fato, hoje, apenas com os quarks do MP, podemos explicar todos esses hádrons observados.
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