O nascimento dessas partículas gordinhas, mas minúsculas, pode ser um sinal de nova física.
O maior destruidor de átomos do mundo “deu à luz” um conjunto de quatro partículas ultra pesadas – chamadas quarks superiores.
A formação desses quadrigêmeos gordinhos, mas minúsculos, no Large Hadron Collider em Genebra, Suíça, há muito tempo é predita pelo Modelo Padrão, a teoria da física predominante que governa as interações subatômicas. Mas novas teorias da física sugerem que elas poderiam ser criadas com muito mais frequência do que o Modelo Padrão prevê. Encontrar mais desses quartetos é o primeiro passo para testar essas teorias. As novas descobertas foram anunciadas na Conferência LHCP 2020.
Os quarks superiores são as partículas subatômicas fundamentais mais pesadas conhecidas, de acordo com um estudo publicado em 2019 na revista Physical Review D. Cada quark superior é aproximadamente tão maciço quanto um átomo de tungstênio. No entanto, cada quark superior é muito menor que um próton, o que significa que não apenas os quarks superiores detêm o recorde de partículas mais pesadas, como também são a forma mais densa de massa conhecida.
Embora os quarks superiores tenham sido criados em grande abundância nos primeiros momentos após o Big Bang, eles têm uma vida útil muito curta, desaparecendo completamente em cerca de um trilionésimo de trilionésimo de segundo. Atualmente, o único local onde os quarks superiores podem ser produzidos e observado é em grandes aceleradores de partículas.
Os principais quarks foram descobertos em 1995, usando o Fermilab Tevatron, uma instalação agora desativada, localizada nos arredores de Chicago, que era o acelerador de partículas mais poderoso da época.
Em 2011, o LHC assumiu o manto como o acelerador de partículas mais poderoso do mundo. O LHC – um anel de quase 10.000 ímãs poderosos dispostos em torno de um círculo com uma circunferência de cerca de 27 km – acelera dois feixes de prótons em direções opostas e os colide com uma energia de 13 trilhões de elétron-volts, ou 6,5 vezes mais energético que o Fermilab Tevatron. Eles também colidem cerca de 100 vezes mais frequentemente do que era possível no Tevatron.
As colisões de vigas no Fermilab Tevatron criaram um par superior de quarks e antimatéria em 1995, mas essas colisões só criaram esses pares uma vez a cada poucos dias. Por outro lado, a maior energia e maior taxa de colisão no experimento A Toroidal LHC Apparatus (ATLAS) do LHC e no experimento Compact Muon Solenóide (CMS) cria pares de quarks superiores cerca de uma vez por segundo.
Nas experiências recentes, os pesquisadores procuravam a produção simultânea de dois conjuntos de pares de quark / antiquark. O Modelo Padrão prevê que essas colisões mais complexas devem ocorrer cerca de 70.000 vezes menos que as colisões que criam um único par, de acordo com a equipe da ATLAS. Ao procurar novas partículas, é importante saber a probabilidade de o número observado de colisões ter ocorrido por acaso, o que pode ser quantificado pelo “sigma” de um resultado.
Na física de partículas, o padrão ouro para declarar uma descoberta é um sigma igual ou superior a 5, o que significa que há cerca de 1 em 3,5 milhões de chances de a observação atual ter ocorrido devido a flutuações aleatórias. Um sigma de 3 significa que o sinal observado é esperado por acidente em 1 em 740 experimentos e é considerado “evidência” de uma observação, de acordo com o Fermilab. As evidências para a produção de quadrupletos com quark superior não são fortes o suficiente para reivindicar uma nova descoberta ainda.
Os físicos pesquisaram os quartetos de quark superior nos dados coletados pelo ATLAS e CMS entre 2015 e 2018. A equipe experimental do ATLAS anunciou que viu a produção de quatro quarks superiores com um sigma de 4,3. Enquanto isso, em um artigo publicado no European Physical Journal C, pesquisadores do experimento CMS relataram um sigma observado de apenas 2,6 para seus quarks superiores quádruplos. Antes de conduzir o experimento, tanto o ATLAS quanto o CMS esperavam um significado de cerca de 2,6 sigma.
O alto significado observado pelo ATLAS poderia ser mero acaso. Ou pode ser uma indicação de que a produção de quatro quarks principais é mais comum do que o Modelo Padrão prevê, o que pode significar que essa medida é a primeira dica de alguma física nova e inesperada. “Dados adicionais da próxima execução do LHC – junto com desenvolvimentos adicionais das técnicas de análise empregadas – melhorarão a precisão dessa medição desafiadora”, disseram os pesquisadores em comunicado.
O LHC foi desligado temporariamente desde o final de 2018 por reformas, atualizações e manutenção. Está programado para retomar as operações em 2021, embora não esteja claro se a pandemia do COVID-19 afetará o cronograma.
Publicado em 15/06/2020 07h30
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