Será que as novas partículas no LHC não poderiam ser exatamente o que a física precisa?

As colisões de difótons ATLAS e CMS, exibidas juntas, correlacionam-se claramente a ~750 GeV. Crédito da imagem: CERN, colaborações CMS/ATLAS, imagem gerada por Matt Strassler em https://profmattstrassler.com/2015/12/16/is-this-the-beginning-of-the-end-of-the-standard-model/ .

É o 'cenário de pesadelo' para alguns. Mas para Sabine Hossenfelder, pode ser um sonho tornado realidade.


Este artigo foi de autoria de Sabine Hossenfelder. Sabine é uma física teórica especializada em gravidade quântica e física de alta energia. Ela também escreve freelance sobre ciência. Seu blog, Reação retroativa, pode ser encontrada aqui .

Fizemos a descoberta de uma nova partícula – uma partícula completamente nova – que provavelmente é muito diferente de todas as outras partículas. É quase uma experiência única na vida, eu diria. – Rolf Dieter Heuer

No final da primeira execução do LHC em altas energias, as colaborações CMS e ATLAS relataram um aumento particularmente interessante no canal de difótons. Com base no que é conhecido e previsto do Modelo Padrão, deve haver um padrão específico para sinais de dois fótons com uma determinada energia. Uma saliência é a indicação mais infalível que podemos procurar na busca de uma nova partícula, e uma saliência de um determinado tamanho, largura e energia pode indicar uma partícula completamente nova, fundamental, além do modelo padrão, a primeira de seu tipo - ou um novo recurso de modelo padrão - ou pode ser simplesmente um ruído estatístico. Apesar do fato de que seria o pesadelo da maioria dos meus colegas, espero que a colisão de difótons não seja nada mais do que ruído.

Terminei o ensino médio em 1995. Foi o ano em que o quark top foi descoberto, uma previsão que remonta a 1973. Ao ler os artigos nos noticiários, fiquei fascinado com a matemática que permitiu aos físicos reconstruir a estrutura da matéria elementar. Não teria sido difícil prever em 1995 que eu iria ganhar um doutorado em física teórica de altas energias.

As partículas do Modelo Padrão, todas detectadas. Crédito da imagem: E. Siegel, de seu novo livro, Além da Galáxia.

Mal sabia eu que por mais de 20 anos o modelo padrão de aparência tão provisória permaneceria o campeão mundial invicto de precisão, irritantemente bem-sucedido em sua arbitrariedade e ainda assim impossível de superar. Adicionamos massas de neutrinos no final dos anos 1990, mas a ideia de que eles não seriam sem massa remonta à década de 1950. A previsão do Higgs, descoberta em 2012, teve origem no início dos anos 1960. E embora o modelo padrão ruim tenha sido considerado feio por todos, de Stephen Hawking a Michio Kaku e Paul Davies, ainda é o melhor que podemos fazer.

Desde que entrei na física, vi grandes modelos unificados propostos e falsificados. Eu vi muitos candidatos à matéria escura não serem encontrados, seguidos por um ajuste de parâmetro ritual para explicar a falta de detecção. Eu vi partículas supersimétricas sendo previstas com massas constantemente crescentes, de alguns GeV a cerca de 100 GeV a energias de LHC de alguns TeV. E agora que parece que o LHC também não verá superparceiros, meus colegas em físicos de partículas estão mais do que dispostos a mais uma vez mover os postes .

As partículas do Modelo Padrão e suas contrapartes supersimétricas. Exatamente 50% dessas partículas foram descobertas e 50% nunca mostraram um traço de sua existência. Crédito da imagem: Claire David, de http://davidc.web.cern.ch/davidc/index.php?id=research .

Durante a minha carreira profissional, tudo o que tenho visto é o fracasso. Ou seja, um fracasso dos físicos de partículas em descobrir uma estrutura matemática mais poderosa que melhore as teorias que já temos. Sim, o fracasso faz parte da ciência – é frustrante, mas não preocupante. O que me preocupa muito mais é nossa incapacidade de aprender com essas falhas. Em vez de tentar algo novo, tentamos a mesma coisa repetidamente, esperando resultados diferentes.

Quando olho para os dados, o que vejo é que nossa confiança na simetria de calibre e na tentativa de unificação, o uso da naturalidade como orientação e a confiança na beleza e na simplicidade não estão funcionando. A constante cosmológica não é natural. A massa de Higgs não é natural. O modelo padrão não é bonito e o modelo de concordância não é simples. A grande unificação falhou. Falhou novamente. E, no entanto, não extraímos nenhuma consequência disso: os físicos de partículas ainda estão jogando hoje pelas mesmas regras de 1973.

Os vários canais de decaimento do Modelo Padrão Higgs observado, juntamente com suas barras de erro. O parâmetro mu = 1 corresponde apenas a um modelo padrão Higgs. Crédito da imagem: A colaboração ATLAS, 2015. Via https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/CONFNOTES/ATLAS-CONF-2015-007/ .

Nos últimos dez anos, você foi informado de que o LHC deve ver alguma nova física além do Higgs porque, caso contrário, a natureza não é natural – um termo técnico inventado para descrever o grau de coincidência numérica de uma teoria. Já me riram quando expliquei que não acredito na naturalidade porque é um critério filosófico, não científico . Mas nesse assunto eu ri por último: a natureza, ao que parece, não gosta que me digam o que é presumivelmente natural.

A ideia de naturalidade que tem sido pregada por tanto tempo não é compatível com os dados do LHC – o Higgs, mas nenhuma nova física – independentemente do que mais será encontrado nos dados ainda por vir. E agora a naturalidade está no caminho de mover as previsões para partículas até agora não descobertas – mais uma vez – para energias mais altas. Os físicos de partículas, oportunistas como sempre, de repente estão mais do que dispostos a descartar a naturalidade para justificar o próximo grande colisor.

Dentro das atualizações do ímã no LHC, que o fazem funcionar com quase o dobro das energias da primeira corrida (2010-2013). Crédito da imagem: Richard Juilliart/AFP/Getty Images.

O LHC até agora não viu evidências de física além do modelo padrão, exceto possivelmente pela colisão de difótons. Essa dica não muito robusta é a única anomalia remanescente nos dados do LHC que pode sinalizar uma nova física, o recurso da última esperança. A significância estatística não é notável – vimos muitas flutuações desse tamanho irem e virem. Mas se o aumento não desaparecer com os dados da próxima execução, o modelo padrão pode cair.

De um modo geral, existem três opções para o que a anomalia poderia ser:

  1. pode ser uma nova física,
  2. pode ser um aspecto pouco compreendido da física do modelo padrão,
  3. ou pode ser simplesmente uma flutuação estatística que acaba não sendo nada de novo.

A primeira opção é sem dúvida a mais empolgante e atraiu a maior parte da atenção nos últimos dois meses. De fato, tem havido tantas propostas para o que poderia ser a colisão de difótons que não consigo pesquisá-las, mas um breve resumo é: não se parece com nada que alguém esperava antes de ver os dados. Mais importante, não se parece com uma quarta geração nem com supersimetria. Se você ainda tem algum respeito pelos físicos de partículas neste momento, isso deve realmente lhe dizer que o inchaço provavelmente se juntará ao nirvana dos acasos estatísticos.

A anomalia anterior - um aumento de diboson em torno de 2.000 GeV - que desapareceu e foi considerado mero ruído estatístico com o acúmulo de mais dados. Crédito das imagens: colaboração ATLAS (L), via http://arxiv.org/abs/1506.00962 ; Colaboração CMS (R), via http://arxiv.org/abs/1405.3447 .

A última palavra sobre a anomalia do difóton não foi dita, e é muito cedo para tirar conclusões precipitadas, então não vou. Os únicos rumores que ouvi são os mesmos rumores que já circularam no Twitter, não sou mais sábio do que você e, portanto, não tenho nada a acrescentar sobre o significado do inchaço. Mas eu quero gastar algumas palavras sobre o significado de não-colisão.

Se o solavanco desaparecer, isso nos catapultaria para o que ficou conhecido como cenário de pesadelo para o LHC: o Higgs e nada mais. Muitos físicos de partículas têm medo desse cenário porque, se se concretizar, os deixará sem orientação, perdidos em um emaranhado de modelos que se multiplicam rapidamente e ameaçam bloquear a luz solar. Sem alguma nova física, todos estão preocupados que não teremos nada para trabalhar que já não tenhamos há 50 anos. Sem novas entradas que possam nos dizer para qual direção olhar no objetivo final da unificação e/ou gravidade quântica, finalmente teríamos que admitir a verdade: estamos completamente perdidos.

Uma interação próton-antipróton a 540 GeV, mostrando trilhas de partículas em uma câmara de streamer. Sem nenhuma nova física no LHC, não há orientação sobre quais partículas ou interações podem estar além do Modelo Padrão. Crédito da imagem: colaboração UA5, CERN, de 1982.

É por isso que eu adoraria se o inchaço desaparecesse. Porque seria um sinal claro de que estamos fazendo algo seriamente errado, que nossa experiência de construir o modelo padrão não é mais uma direção promissora para continuar.

Já sabemos que estamos fazendo algo errado – com ou sem solavancos – porque a naturalidade saiu pela janela. Mas se o solavanco persistir, é provável que tentemos absorvê-lo na matemática que já temos, em vez de procurar algo realmente novo. Às vezes, as coisas precisam ficar muito ruins antes de melhorar. É por isso que, para mim, no-bump é o resultado mais esperançoso.


Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !

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