doi.org/10.1038/d41586-024-03042-9
Credibilidade: 999
#Modelo Padrão
O cálculo do CERN sobre a massa do bóson W está de acordo com a teoria, contradizendo uma anomalia anterior que havia levantado a possibilidade de uma nova física.
Os físicos descobriram uma medição extremamente difícil
A massa da partícula fundamental, o bóson W.
O resultado, do experimento CMS no Grande Colisor de Hádrons (LHC), está em linha com as previsões do modelo padrão da física de partículas e traz água fria para uma anomalia na massa do bóson W que surgiu em 2022.
Essa medição deu a entender a existência de fenômenos além do modelo padrão, a melhor descrição dos físicos para partículas e forças.”
O modelo-padrão não está morto”, disse Josh Bendavid, físico de partículas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, em Cambridge, e membro da colaboração do CMS, ao apresentar o resultado em 17 de setembro.
O anúncio foi recebido com aplausos entusiasmados em um seminário no CERN, o laboratório de física de partículas da Europa, próximo a Genebra, na Suíça, que abriga o LHC.
O resultado foi obtido durante dez anos e produziu uma massa de 80.
360,2 milhões de elétron-volts para o bóson W, que está envolvido no transporte da força nuclear fraca (veja “O enigma do bóson W”).
Se a descoberta tivesse sido próxima do resultado de 2022, estaríamos declarando a morte do modelo padrão, disse Bendavid.”
A comunidade ficará entusiasmada com o fato de que podemos chegar a essa precisão e ter essa compreensão do modelo padrão nesse nível”, diz Floria Canelli,uma física de partículas experimental da Universidade de Zurique, na Suíça, que trabalha no experimento CMS, mas não participou do resultado.
Alívio para físicos
O resultado de 2022 1, produzido por um experimento chamado Collider Detector at Fermilab (CDF) no Fermi National Accelerator Laboratory em Batavia, Illinois,usou dados com dez anos de idade para calcular que o bóson W era mais pesado do que o previsto, abrindo a excitante possibilidade de uma rachadura no modelo padrão.
Embora o modelo seja incrivelmente bem-sucedido, os físicos sabem que ele não pode ser completo, pois não dá conta de fenômenos misteriosos, como a matéria escura.
O resultado do CMS é a medida mais precisa da massa W que será obtida no LHC, e sua precisão é muito parecida com a do resultado do CDF.
Também está em linha com as quatro medições que antecederam o valor do CDF, deixando esse valor como um valor atípico.
“Os dois não podem estar certos”, diz Ashutosh Kotwal, físico experimental de partículas da Duke University, em Durham, Carolina do Norte, que liderou o estudo do CDF.”
Teria sido provavelmente melhor para a comunidade se descobríssemos algo totalmente diferente do modelo padrão, porque isso teria sido empolgante para o futuro do nosso campo,”diz Elisabetta Manca, uma física de partículas da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, que foi uma das principais analistas por trás da descoberta do CMS.
Mas, em termos de confiança no resultado, o valor foi um “alívio”, diz ela.
Forças fundamentais
O bóson W, juntamente com sua partícula irmã, o Z, estão envolvidos no decaimento radioativo como portadores da força nuclear fraca, uma das quatro forças fundamentais da natureza.
Sua massa é um dos poucos valores do modelo padrão que pode ser previsto com alta precisão pela teoria e medido experimentalmente.
Isso faz com que seja uma ótima maneira de caçar rachaduras no modelo padrão.
“Não há muitos observáveis de alta precisão.
Isso é o que faz com que seja importante e valioso”, diz Kotwal.
Mas a massa do W é extremamente difícil de medir.
O LHC produz bósons acelerando os prótons para produzir colisões de energia extremamente alta.
Essas partículas decaem rapidamente em outras partículas que os experimentos podem detectar.
Mas os bósons W decaem em duas partículas e apenas uma é detectável: um lépton, como um elétron, ou seu primo mais pesado, o múon.
A outra partícula, um neutrino, passa direto pelo detector, sem deixar rastros.
A equipe reconstruiu as propriedades dos múons de cerca de 100 milhões de decaimentos de W do LHC com uma precisão sem precedentes, diz Manca.
Em seguida, eles compararam os dados com quatro bilhões de colisões e decaimentos simulados que usaram valores diferentes para a massa de W e valores diferentes para milhares de parâmetros que poderiam influenciar os resultados e procuraram a melhor correspondência.”
Aquele que combina é o que extraímos”, diz Canelli.
A equipe utilizou software e teoria de ponta e calibrou e fez verificações cruzadas de seus resultados com medições alternativas do bóson W e contra decaimentos Z para garantir que seus métodos funcionassem conforme o esperado, diz Manca.
Como o resultado do CMS está amplamente alinhado com os resultados de outros experimentos do LHC (ATLAS e LHCb), que usaram diferentes detectores e metodologias, a equipe tem confiança de que a figura está correta, diz Manca.
Avaliação da anomalia
Ninguém pode ainda dizer por que o resultado do CDF se destaca.
É possível que o detector CDF tenha utilizado ferramentas teóricas diferentes do CMS para gerar as simulações.
O CDF detectou colisões de um acelerador de próton-antipróton chamado Tevatron, que fechou em 2011, enquanto o LHC colide apenas prótons.”
Não há nada em que possamos dizer: ‘Essa é a razão pela qual o resultado é tão diferente'”, diz Manca.
Kotwal diz que precisará ver o artigo do CMS, que será publicado nos próximos meses, para ver a metodologia da equipe.”
As pessoas estão analisando como fizemos isso e não recebemos nenhuma indicação clara de que alguma falha tenha sido notada.
O mesmo deve ser feito com o CMS”, diz ele.
Para chegar a um acordo sobre a melhor estimativa da humanidade em relação à massa de W, os especialistas de cada experimento e os teóricos terão que se reunir para tentar entender os resultados divergentes.
“Não devemos deixar o resultado do CDF como um valor discrepante, precisamos entender por que ou como ele está lá”, diz Canelli.
Embora o CMS não tenha encontrado uma anomalia, o processo de dez anos resultou em ferramentas que permitem que os físicos façam outras medições precisas.
Essas comparações de alta precisão são o que Manca acredita que acabará por romper o modelo padrão.
Publicado em 22/09/2024 21h55
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