Os físicos provaram que uma partícula subatômica pode mudar para seu alter-ego antipartícula e vice-versa, em uma nova descoberta revelada hoje.
A medição extraordinariamente precisa foi feita por pesquisadores do Reino Unido usando o experimento de beleza Large Hadron Collider (LHCb) no CERN.
Ele forneceu a primeira evidência de que os mésons encantadores podem se transformar em suas antipartículas e vice-versa.
Fenômeno de mistura
Por mais de 10 anos, os cientistas sabem que os mésons encantadores, partículas subatômicas que contêm um quark e um antiquark, podem viajar como uma mistura de seus estados de partícula e antipartícula.
É um fenômeno denominado mistura.
No entanto, este novo resultado mostra pela primeira vez que eles podem oscilar entre os dois estados.
Resolvendo grandes questões de física
Armados com essas novas evidências, os cientistas podem tentar resolver algumas das maiores questões da física sobre como as partículas se comportam fora do modelo padrão.
Um sendo, se essas transições são causadas por partículas desconhecidas não previstas pela teoria orientadora.
A pesquisa, submetida à Physical Review Letters e disponível no arXiv, recebeu financiamento do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC).
Ser um e o outro
No estranho mundo da física quântica, o méson charmoso pode ser ele mesmo e sua antipartícula ao mesmo tempo.
Esse estado, conhecido como superposição quântica, resulta em duas partículas, cada uma com sua própria massa – uma versão mais pesada e mais leve da partícula.
Essa sobreposição permite que o meson de charme oscile em sua antipartícula e volte novamente.
Diferenças de massa
Usando dados coletados durante a segunda execução do Large Hadron Collider (LHC), pesquisadores da Universidade de Oxford mediram a diferença de massa entre as duas partículas.
Houve uma diferença de 0,00000000000000000000000000000000000001 gramas – ou em notação científica 1 × 10-38g.
A medição dessa precisão e certeza só é possível quando o fenômeno é observado muitas vezes.
Isso só é possível devido a muitos mésons de charme produzidos em colisões do LHC.
Como a medição é extremamente precisa, a equipe de pesquisa garantiu que o método de análise fosse ainda mais preciso.
Uma nova técnica
Para fazer isso, a equipe usou uma nova técnica desenvolvida originalmente por colegas da Universidade de Warwick.
Existem apenas quatro tipos de partículas no Modelo Padrão, a teoria que explica a física das partículas, que podem se transformar em suas antipartículas.
O fenômeno de mistura foi observado pela primeira vez em mésons estranhos na década de 1960 e em mésons de beleza na década de 1980.
Até agora, a única outra das quatro partículas que foi vista oscilar dessa forma é o méson de estranha beleza, uma medição feita em 2006.
Um fenômeno raro
O professor Guy Wilkinson da University of Oxford, cujo grupo contribuiu para a análise, disse:
“O que torna esta descoberta de oscilação na partícula de méson de charme tão impressionante é que, ao contrário dos mésons de beleza, a oscilação é muito lenta e, portanto, extremamente difícil de medir dentro do tempo que leva para o méson decair. Este resultado mostra que as oscilações são tão lento que a grande maioria das partículas irá decair antes de ter a chance de oscilar. No entanto, podemos confirmar isso como uma descoberta porque o LHCb coletou muitos dados. ”
O professor Tim Gershon da Universidade de Warwick, desenvolvedor da técnica analítica usada para fazer a medição, disse: “Partículas de mésons de charme são produzidas em colisões próton-próton e viajam em média apenas alguns milímetros antes de se transformar ou decair em outras partículas . Ao comparar as partículas do mesão charme que decaem após viajar uma curta distância com aquelas que viajam um pouco mais longe, conseguimos medir a quantidade chave que controla a velocidade da oscilação do mesão charme em mesão anti-charme – a diferença de massa entre as versões mais pesadas e mais leves do méson de charme. ”
Uma nova porta se abre para a exploração da física
Esta descoberta do charme da oscilação do meson abre uma nova e excitante fase de exploração da física.
Os pesquisadores agora querem entender o próprio processo de oscilação, potencialmente um grande passo à frente na resolução do mistério da assimetria matéria-antimatéria.
Uma área chave a explorar é se a taxa de transições partícula-antipartícula é a mesma das transições antipartícula-partícula.
E, especificamente, se as transições são influenciadas ou causadas por partículas desconhecidas não previstas pelo Modelo Padrão.
Pequenas medições dizem grandes coisas
O Dr. Mark Williams, da Universidade de Edimburgo, que reuniu o LHCb Charm Physics Group dentro do qual a pesquisa foi realizada, disse: “Pequenas medições como esta podem dizer grandes coisas sobre o Universo que você não esperava.”
O resultado, 1 × 10-38g, cruza o nível de significância estatística ‘five sigma’ necessário para reivindicar uma descoberta na física de partículas.
Outras informações
O LHCb é um dos quatro grandes experimentos do LHC do CERN em Genebra, e é projetado para estudar decaimentos de partículas contendo um quark de beleza.
O objetivo principal do LHCb é investigar a assimetria matéria-antimatéria ou “violação de CP”.
Após o Big Bang, matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais, mas quando se encontram, aniquilam-se mutuamente.
Como vivemos em um universo dominado pela matéria, deve haver uma diferença sutil entre matéria e antimatéria que permitiu a sobrevivência da matéria.
Os mésons fazem parte de uma grande classe de partículas formadas por partículas fundamentais chamadas quarks e contêm um quark e um quark de antimatéria.
O meson D0 consiste em um charme quark e um up antiquark, e sua antipartícula, o anti-D0, consiste em um charme antiquark e um up quark.
Esta medição foi feita usando o subdetector Vertex Locator (VELO) do LHCb.
Publicado em 10/06/2021 11h17
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