Colisões no LHC desafiam principal teoria da Física

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Redação do Site Inovação Tecnológica – 23/03/2021

Nova partícula ou nova força

Físicos responsáveis pelo experimento LHCb, um dos detectores do Grande Colisor de Hádrons (LHC), anunciaram resultados que, se confirmados, poderão exigir a reconstrução do principal modelo da física de partículas.

O Modelo Padrão da física prevê que partículas chamadas quarks beleza, que são medidas no experimento LHCb, devem decair em múons ou elétrons, produzindo ambos em quantidades iguais.

No entanto, o novo resultado sugere que isso pode não estar acontecendo, o que pode apontar para a existência de novas partículas ou interações não explicadas pelo Modelo Padrão.

O resultado é preliminar, tendo até agora uma significância de 3,1 sigmas – uma chance em 1.000 de que a medição seja uma coincidência estatística -, quando são necessários 5 sigmas – uma chance em 3,5 milhões – para que os físicos definam os dados como uma descoberta.

Ainda é pouco, mas o desvio verificado é consistente com um padrão de anomalias medido em processos semelhantes pelo LHCb e por outros experimentos em outros laboratórios na última década. E os novos resultados determinam a razão entre as probabilidades de decaimento em múons ou elétrons com maior precisão do que as medições anteriores.

Visão em 360º do experimento LHCb, um dos grandes detectores do LHC.
[Imagem: Ordan/Julien Marius/CERN]

Colisões de partículas

Os físicos catalogam as partículas em famílias e, um tanto surpreendentemente, em sabores.

Neste caso estão envolvidas duas famílias, a dos léptons e a dos quarks.

A família dos léptons tem três sabores: o elétron, o tau e o múon. A família dos quarks tem seis sabores: para cima, para baixo, estranho, charme, fundo e topo – os “tios mais velhos” costumavam chamar o quark fundo de “beleza” e o quark topo de “verdade”, o que às vezes confunde um pouco as coisas.

A teoria diz que, se você fizer um quark se chocar com outro, a colisão deve fazê-los se esfarelar, produzindo quantidades iguais de elétrons e de múons – elétrons e múons são muito parecidos, exceto que o elétron é 200 vezes mais pesado do que o múon. Para testar isso, o experimento LHCb arremessou quarks beleza (ou fundo) uns contra os outros para ver no que dava.

Ocorre que as medições indicam que o esfarelamento – que os físicos chamam de decaimento – dos quarks produziu quantidades diferentes de elétrons e de múons.

Se os resultados se confirmarem nas futuras rodadas de colisões de quarks, isso indica que pode existir ou uma nova partícula fundamental desconhecida até hoje, ou uma nova força atuando entre as partículas conhecidas.

O detector LHCb está passando por uma atualização de equipamentos, de modo que a equipe espera poder começar a coletar novos dados no ano que vem.

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