Uma busca refinada pela transformação extremamente rara do bóson de Higgs produziu resultados, fornecendo a primeira evidência de um processo que pode sugerir partículas desconhecidas.
Conciliando os resultados de vários anos de choques de prótons dentro de dois detectores diferentes no Grande Colisor de Hádrons (LHC) da Organização Européia para Pesquisa Nuclear (CERN), os físicos aumentaram a precisão estatística da taxa na qual o famoso “dador de massa” partícula decaiu em um fóton e um bóson Z.
Os resultados, compartilhados na Conferência de Física do LHC em Belgrado na semana passada, ficam bem aquém do que pode ser considerado significativo. Mas o processo em si pode ser aprimorado para aprimorar a bolha e o assobio das receitas quânticas e ajudar a determinar onde novas forças exóticas e blocos de construção podem existir.
A partícula de Higgs tornou-se a queridinha do mundo da física em 2012, quando a evidência de sua existência foi confirmada pelos detectores ATLAS (ou ‘A Toroidal LHC Apparatus’) e CMS (Compact Muon Solenoid) no CERN.
Não era apenas a entrada final naquele grande mapa de partículas – o Modelo Padrão – a ser confirmado experimentalmente; sua observação prometia ser uma janela para partes ocultas do reino quântico.
Na maioria das vezes, saber que a partícula de Higgs e seu campo associado existem significa que agora entendemos por que as partículas fundamentais têm massa.
Como energia e massa são maneiras diferentes de descrever o mesmo tipo de coisa, o esforço necessário para manter objetos grandes e volumosos juntos (como átomos, moléculas e elefantes) contribui com uma proporção significativa da massa do objeto.
Em uma escala menor, o esforço necessário para objetos mais fundamentais, como elétrons ou quarks, atravessarem o campo de Higgs explica por que eles têm uma massa em repouso e por que partículas como fótons não.
No entanto, a natureza gregária do campo e a espuma efervescente de seus bósons o tornam um candidato perfeito para procurar sinais de campos quânticos hipotéticos e partículas relacionadas que normalmente não se dariam a conhecer por meios mais óbvios.
“Cada partícula tem uma relação especial com o bóson de Higgs, tornando a busca por decaimentos de Higgs raros uma alta prioridade”, diz a coordenadora de física do experimento ATLAS do CERN, Pamela Ferrari.
A decomposição de uma partícula é como a morte de um pombo entre os arranha-céus – acontece o tempo todo, muitas vezes de várias maneiras, mas você teria sorte se pegasse mais do que algumas penas à deriva como evidência de sua passagem.
Felizmente, ao contar todas essas ‘penas’ na poeira de um colisor, os físicos podem construir uma imagem das diferentes maneiras pelas quais as partículas se desfazem e rapidamente ressurgem em coisas novas.
Alguns desses decaimentos são relativamente comuns, mas para a partícula de Higgs, as transformações em um fóton e o bóson Z de transporte de força nuclear fraca de curto alcance são aproximadamente um em mil eventos. Ou, como previsto nos livros didáticos, cerca de 0,15% de todos os decaimentos do Higgs.
Mas isso é exatamente o que o Modelo Padrão determina que devemos esperar. Por mais perspicaz que seja essa grande teoria, sabemos que ela falhará em algum momento, já que não tem muito a dizer sobre a energia escura que se estende pelo espaço ou a curvatura do espaço e do tempo de maneira semelhante à gravidade.
Quaisquer divergências dessa figura podem ser usadas para apoiar modelos alternativos que podem deixar espaço suficiente para ajustar fatos problemáticos.
Saber como melhorar o melhor modelo de física que já tivemos significa encontrar um monte de anomalias que atualmente não pode explicar. Como campos e partículas exóticas que conduzem ações sutis e raras que normalmente não notamos.
“A existência de novas partículas pode ter efeitos muito significativos nos raros modos de decaimento do Higgs”, diz Florencia Canelli, coordenadora de física do outro detector do CERN, o CMS.
Por enquanto, essas indescritíveis partículas de unicórnio são tão míticas como sempre. Os resultados até agora estão aproximadamente dentro do alcance do que o Modelo Padrão prevê.
No entanto, há apenas dados suficientes para deixar os físicos moderadamente confiantes de que os resultados estão corretos. Corridas maiores, talvez usando tecnologia melhor, ainda podem revelar pequenas diferenças que escondem uma grande janela para todo um novo conjunto de teorias.
“Este estudo é um poderoso teste do Modelo Padrão”, diz Canelli.
“Com a terceira execução em curso do LHC e o futuro LHC de alta luminosidade, poderemos melhorar a precisão deste teste e sondar decaimentos de Higgs cada vez mais raros.”
Publicado em 04/06/2023 20h18
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