Os cientistas descobriram a primeira evidência de um raro decaimento do bóson de Higgs, expandindo nossa compreensão do estranho universo quântico.
Em 2012, cientistas do Grande Colisor de Hádrons do CERN, na Suíça, ganharam o Prêmio Nobel de Física com uma descoberta revolucionária: eles detectaram o bóson de Higgs, uma partícula subatômica prevista pelo Modelo Padrão da física quase 50 anos antes. O bóson de Higgs não vive muito, decaindo rapidamente em partículas menores, como dois fótons (partículas de luz).
Agora, pesquisadores usando ATLAS e CMS encontraram evidências de um raro decaimento do bóson de Higgs, no qual a partícula subatômica decai em um fóton e dois léptons, um tipo de partícula elementar que pode ser carregada ou neutra. (Elétrons e múons, um tipo semelhante de partícula subatômica, são dois exemplos de léptons carregados.) Especificamente, eles encontraram evidências de que o bóson de Higgs pode decair em um fóton e um par de elétrons, ou um fóton e um par de múons com carga oposta.
Usando o modelo padrão, os cientistas são capazes de prever as diferentes partículas elementares nas quais o bóson de Higgs pode decair, com um decaimento bastante “comum” sendo dois fótons. Eles também podem estimar a frequência com que o bóson de Higgs decai em diferentes combinações de partículas, e é particularmente raro que o bóson de Higgs decaia em um fóton e dois leptons.
Nesse tipo de decadência, após sua vida super curta, o bóson de Higgs rapidamente se transforma em um fóton e no que os cientistas chamam de “fóton virtual”. Esse “fóton virtual”, também conhecido como “fóton fora da casca”, imediatamente se transforma em algo como, neste caso, dois léptons. Este “fóton virtual” tem uma massa diferente de zero muito pequena, enquanto os fótons regulares são completamente sem massa, disse James Beacham, um físico de partículas com o experimento ATLAS no LHC.
Os dois léptons “atingiram nosso calorímetro muito próximos um do outro”, acrescentou Beacham. O calorímetro do LHC é uma ferramenta que impede as partículas provenientes de uma colisão de partículas. Os cientistas podem localizar e estudar essas partículas quando elas são paradas ou “absorvidas” pela ferramenta.
Enquanto os cientistas previram que este tipo de decaimento deveria existir com o bóson de Higgs, esta nova detecção é “o primeiro indício de evidência deste modo de decaimento muito raro do bóson de Higgs”, disse Beacham.
No entanto, ele acrescentou, a equipe provavelmente não será capaz de observar diretamente a rara decadência até que atualize as instalações para o próximo programa do LHC de alta luminosidade (que virá após a execução do LHC 3. Os dados usados para este estudo foram coletados durante a execução 2, o segundo período de execução do colisor que começou em 2015 e terminou em 2018. A execução 3 começará em março de 2022.)
“Com uma vasta quantidade de dados esperados do programa LHC de alta luminosidade, estudar raros decaimentos do bóson de Higgs se tornará a nova norma”, de acordo com um comunicado do ATLAS.
Ao estudar decaimentos raros como esse, os pesquisadores podem explorar a possibilidade de uma nova física que se estenda além do modelo padrão. O Modelo Padrão explica muitas coisas sobre nosso universo físico, mas não inclui a gravidade ou a matéria escura, disse Beacham. A matéria escura, que não emite luz e não pode ser observada diretamente, é considerada responsável por cerca de 80% de toda a matéria no universo conhecido, mas os cientistas ainda não sabem exatamente o que é.
“Estamos sempre procurando extensões para o modelo padrão”, disse ele. “Temos que encontrar uma janela ou portal do nosso mundo para este mundo do setor escuro e jogar experimentalmente. E um deles pode ser o bóson de Higgs.” Beacham explicou que o “setor escuro” abrange a física que se estende além do modelo padrão.
Agora, não fique muito animado. Este artigo “não nos dá novas informações ainda sobre o portal de Higgs no ‘setor escuro'”, disse Beacham. Mas “este artigo prova que podemos procurar coisas muito raras como essa, com bastante facilidade”, disse ele, o que impulsiona a busca de maneira geral.
Este trabalho foi apresentado em um seminário público do LHC no CERN em 1º de fevereiro e você pode vê-lo no site do CERN. O documento publicado pelo CERN é uma nota do CONF, que é um resultado preliminar do ATLAS.
Publicado em 12/02/2021 10h23
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