Com esta medição, o Grande Colisor de Hádrons demonstrou mais uma vez a sua capacidade de fornecer medições de altíssima precisão e trazer novos insights sobre um antigo mistério.
A colaboração CMS revelou uma medição inovadora do ângulo de mistura eletrofraca, confirmando as previsões do Modelo Padrão e abordando discrepâncias anteriores com a medição baseada em colisor mais precisa até o momento.
Esta conquista destaca o potencial da física de precisão em aceleradores de hádrons e prepara estudos mais avançados no LHC de alta luminosidade.
Medição de mistura eletrofraca: Na conferência anual Rencontres de Moriond, a colaboração Compact Muon Solenoid (CMS) apresentou uma medição do ângulo de mistura eletrofraca leptônica efetiva.
O resultado é a medição mais precisa realizada em um colisor de hádrons até o momento e está de acordo com a previsão do Modelo Padrão.
Visão geral do modelo padrão
O modelo padrão da física de partículas é a descrição mais precisa até o momento das partículas e suas interações.
Medições precisas de seus parâmetros, combinadas com cálculos teóricos precisos, produzem um poder preditivo espetacular que permite determinar os fenômenos antes mesmo de serem observados diretamente.
Desta forma, o modelo restringiu com sucesso as massas dos bósons W e Z (descobertos no CERN em 1983), do quark top (descoberto no Fermilab em 1995) e, mais recentemente, do bóson de Higgs (descoberto no CERN em 2012).
Uma vez descobertas estas partículas, estas previsões tornaram-se verificações de consistência do Modelo, permitindo aos físicos explorar os limites da validade da teoria.
Ao mesmo tempo, medições precisas das propriedades destas partículas são uma ferramenta poderosa para procurar novos fenómenos para além do Modelo Padrão – a chamada “nova física? – uma vez que novos fenómenos se manifestariam como discrepâncias entre várias quantidades medidas e calculadas.
Significado do ângulo de mistura eletrofraca
O ângulo de mistura eletrofraca é um elemento-chave dessas verificações de consistência.
É um parâmetro fundamental do Modelo Padrão, determinando como a interação eletrofraca unificada deu origem às interações eletromagnéticas e fracas através de um processo conhecido como quebra de simetria eletrofraca.
Ao mesmo tempo, une matematicamente as massas dos bósons W e Z que transmitem a interação fraca.
Portanto, as medições do W, do Z ou do ângulo de mistura fornecem uma boa verificação experimental do modelo.
Resolvendo discrepâncias nas medições
As duas medições mais precisas do ângulo de mistura fraco foram realizadas por experimentos no colisor LEP do CERN e pelo experimento SLD no Stanford Linear Accelerator Center (SLAC).
Os valores discordam entre si, o que intrigava os físicos há mais de uma década.
O novo resultado está de acordo com a previsão do Modelo Padrão e é um passo para resolver a discrepância entre este último e as medições LEP e SLD.
Avanços na física dos colisores
“Este resultado mostra que a física de precisão pode ser realizada em colisores de hádrons”, disse Patricia McBride, porta-voz do CMS.
“A análise teve que lidar com o ambiente desafiador do LHC Run 2, com uma média de 35 colisões próton-próton simultâneas.
Isto abre caminho para uma física mais precisa no LHC de alta luminosidade, onde cinco vezes mais pares de prótons colidirão simultaneamente.”
Desafios e precisão em colisões de prótons
Os testes de precisão dos parâmetros do Modelo Padrão são o legado de colisores elétron-pósitron, como o LEP do CERN, que operou até o ano 2000 no túnel que hoje abriga o LHC.
As colisões elétron-pósitron fornecem um ambiente limpo perfeito para medições de alta precisão.
As colisões próton-próton no LHC são mais desafiadoras para este tipo de estudos, embora os experimentos ATLAS, CMS e LHCb já tenham fornecido uma infinidade de novas medições ultraprecisas.
O desafio deve-se principalmente aos enormes antecedentes de outros processos físicos além daquele que está sendo estudado e ao fato de que os prótons, ao contrário dos elétrons, não são partículas elementares.
Para este novo resultado, alcançar uma precisão semelhante à de um colisor electrão-pósitron parecia uma tarefa impossível, mas agora foi alcançada.
Detalhes da medição CMS
A medição apresentada pelo CMS usa uma amostra de colisões próton-próton coletadas de 2016 a 2018 com uma energia de centro de massa de 13 TeV e correspondendo a uma luminosidade total integrada de 137 fb”1, o que significa cerca de 11 bilhões de milhões de colisões! O ângulo de mistura é obtido através da análise das distribuições angulares em colisões onde são produzidos pares de elétrons ou múons.
Esta é a medição mais precisa realizada em um colisor de hádrons até o momento, melhorando as medições anteriores do ATLAS, CMS e LHCb.
Publicado em 29/06/2024 00h37
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