“Em resumo, propusemos uma forma completamente nova de estudar o spin das partículas e as suas interações, algo que experimentalmente nunca foi tentado e nunca se pensou ser possível”, é assim que Igor Ivanov, investigador do Centro de Física Teórica de Partículas (CFTP) do Técnico, sintetiza o foco do artigo “Doing Spin Physics with Unpolarized Particles” recentemente publicado na prestigiada revista científica“ Physical Review Letters”. Igor Ivanov é um dos autores deste artigo que propõe uma nova ideia em física das partículas e cujos resultados podem conduzir a novos desenvolvimentos em física das partículas e física atómica.

“Existe um mundo rico em hadrões, que são partículas subatómicas tais como protões e neutrões. São conhecidos centenas de hadrões, e todos são compostos por partículas mais pequenas, os quarks ou antiquarks, unidos pelas interações fortes. Mas compreender exatamente a forma como os quarks se organizam para produzir aquilo a que chamamos hadrões continua a ser vago”, começa por explicar o investigador do Técnico. Realçando que existe um “esforço experimental significativo, a nível mundial, para investigar a física do spin”, Igor Ivanov sublinha que há “muitas questões estão ainda longe de ser claras”, e por isso mesmo qualquer método novo que olhe para o problema de “um ângulo diferente é sempre bem-vindo”.

É isso mesmo que este estudo que conta com a participação do Técnico é: uma nova abordagem a esta questão. “Até agora as propriedades spin são exploradas através de medições precisas de colisões com partículas polarizadas. Tipicamente, ajusta-se a polarização inicial das partículas, mede-se a distribuição angular dos produtos da colisão, e verificamos a dependência do processo da polarização inicial”, evidencia o investigador do Técnico. O grupo de investigadores por detrás deste trabalho propõe uma abordagem diferente, até agora desconhecida, para explorar o spin dos hadrões. “Em vez de utilizarmos partículas polarizadas, sugerimos ‘torcê-las’, ou seja, preparar as partículas de uma forma invulgar em que, de certa forma, cada partícula roda enquanto se propaga”, expõe Igor Ivanov. Demonstrámos que esta nova abordagem permitirá o acesso a quantidades sensíveis ao spin, mesmo quando as partículas não estão polarizadas, e sem a necessidade de olhar para as distribuições angulares”, declara o investigador do Técnico. “Não tinha ocorrido a ninguém que as propriedades de spin pudessem ser estudadas desta forma”, acrescenta ainda.

Salientando que este artigo é “apenas uma proposta de uma nova ideia, e não a solução definitiva dos vários problemas na física do spin”, o investigador do Técnico adianta que no futuro o plano é continuar a aprofundar esta questão, aplicando esta abordagem “a processos de colisão específicos e mostrar que tipo de informação pode ser extraído. Prevemos um longo e dinâmico programa de investigação pela frente”, afirma Igor Ivanov.

A investigação que deu origem a este promissor artigo começou quando o investigador do Técnico visitou o Instituto de Física Moderna em Lanzhou, China, no ano de 2019, onde os outros três co-autores do artigo trabalham. “Quando tivemos a ideia, pareceu-nos algo inesperado. Percebemos que ninguém tinha pensado que a natureza nos permitisse olhar para a fenomenologia associada ao spin desta perspetiva”, relata Igor Ivanov. O grupo de investigadores tentou refletir o entusiasmo gerado pela investigação no artigo e acreditam que isso “deve ter impressionado os editores e os referes da revista”, que resultaram ainda num artigo adicional em Physics News and Commentary.

Os resultados alcançados abrem uma nova linha de investigação não só em física de partículas, mas potencialmente também em física nuclear e física atómica. “Produzir estas partículas “torcidas” com energias adequadas para investigar a física hadrónica é um sério desafio experimental, que exigirá esforços dedicados”, garante o investigador do Técnico.  “Esperamos que a nossa colaboração com Jorge Vieira no GoLP nos permita mostrar como é que isso pode ser feito”, acrescenta. Jorge Vieira, docente do Departamento de Física (DF) do Técnico, complementa, afirmando que “estamos a desenvolver ferramentas computacionais que permitam simular a aceleração deste novo tipo de partículas até às energias necessárias para física hadrónica”.

“Uma prova de princípio experimental desta ideia fornecerá uma nova demonstração de vários efeitos da mecânica-quântica, tais como a interação spin-orbita das partículas livres ou da experiência da dupla fenda de Young realizada no espaço momentum. De acordo com Igor Ivanov esta prova de princípio pode conduzir a uma nova técnica de espectroscopia. “Resta ver o que podemos aprender sobre a estrutura dos átomos e, eventualmente, dos núcleos”, refere.  “Em física de partículas, quando tais experiências se tornarem viáveis, esta ferramenta irá permitir sondar a estrutura dos hadrões de uma nova forma, utilizando, literalmente, uma nova dimensão disponível na cinemática final das colisões”, adiciona ainda. “Todas estas novidades acabarão por nos ajudar a aprimorar a nossa imagem de como o mundo subatómico é construído e o seu funcionamento”, remata, deixando patente a importância deste artigo.

A versão mais detalhada deste artigo também já pode ser consultada.