Tudo o que tocamos é feito de átomos, cujo núcleo é composto de dois tipos de partículas:  prótons, que têm carga elétrica positiva, e nêutrons, com carga nula. Ambos permanecem ligados no núcleo graças à força nuclear. Apesar de suas diferenças, prótons e nêutrons têm massas semelhantes, diferindo uma da outra em menos de 0,2%. Sabemos, hoje, que prótons e nêutrons não são elementares, mas, sim, constituídos de três outras partículas, denominadas quarks – estas, sim, tudo indica, elementares.

Enquanto os prótons são constituídos de um quark do tipo down e dois quarks do tipo up, nêutrons são formados de dois quarks down e um quark up. O quark down é mais pesado que o up, o que explica por que o próton é mais leve que o nêutron. Uma das características mais surpreendentes dos quarks é que eles têm carga elétrica fracionária: o quark down, por exemplo, tem carga negativa igual a 1/3 da carga do elétron, enquanto o quark up tem carga positiva com valor absoluto duas vezes maior (2/3) que a do seu ‘primo’ down (­1/3). Isso explica por que o próton tem carga positiva igual a 1 (+ 2/3 + 2/3 ­ 1/3), e o nêutron não apresenta carga líquida (­ 1/3 ­ 1/3 + 2/3).

Quarks são os constituintes básicos dos prótons e nêutrons e, portanto, de toda a matéria conhecida. Além dos prótons e nêutrons, formados por três quarks, sabemos, há muito tempo, da existência de partículas instáveis formadas por dois quarks: os mésons. O primeiro deles, o méson pi, foi descoberto em 1947 por um quarteto de físicos: o brasileiro César  Lattes  (1924­2005), o britânico  Hugh  Muir head (1925­2007), o italiano Giuseppe Occhialini (1907­1993) e o britânico Cecil Powell (1903­1969).

Mais recentemente, foram produzidas evidências da existência de partículas formadas por quatro quarks, os tetraquarks, em dois aceleradores de partículas: o japonês KEK e o europeu LHC. Mas teóricos prediziam, há algum tempo, que quarks poderiam se combinar em conjuntos de até cinco unidades, para formarem novos tipos de partículas. Faltava, então, observar os pentaquarks, que, assim como os tetraquarks, seriam primos pesados e instáveis dos prótons e nêutrons, e, exatamente por isso, difíceis de criar e observar.

A boa notícia é que recentemente a equipe do experimento LHCb, um dos quatro experimentos em funcionamento do LHC, anunciou existirem fortes evidências da criação dos pentaquarks. Se confirmado, o sinal observado corresponderia a pentaquarks em duas configurações distintas: uma com 4,67 vezes e a outra com 4,74 vezes a massa do próton.

O aparecimento de duas configurações ainda não é completamente entendido e tem tirado o sono de alguns teóricos que vivem assombrados com a história recente. Em 2003, quatro grupos anunciaram independentemente a observação dos pentaquarks, o que foi, mais tarde, visto como alarme falso, induzido por ‘erros’ comuns nesses experimentos, as chamadas flutuações estatísticas. Mas, dessa vez, o sinal é muito mais forte, e a equipe do LHCb  está confiante.  Bem-­vindos sejam os pentaquarks.

George Matsas 
Instituto de Física Teórica
Universidade estadual Paulista