Uma tentativa de resolver um problema quântico apenas aprofunda o mistério
Medições recentes de partículas subatômicas não correspondem às previsões decorrentes do Modelo Padrão.
- Um artigo recente publicado em Natureza Comunicações tentou resolver duas discrepâncias significativas na física de partículas.
- Essas discrepâncias não correspondem às previsões decorrentes do Modelo Padrão.
- As tentativas de resolvê-los apenas pioraram o problema, deixando em aberto a possibilidade de que algo esteja faltando na teoria subjacente.
A marca de uma boa teoria científica é que ela prevê muitas medições separadas. No mundo subatômico, no entanto, existem duas grandes discrepâncias que não correspondem às previsões decorrentes do Modelo Padrão da física de partículas. A artigo recente no diário Natureza Comunicações tentou resolver esse mistério e o resultado foi que piorou as coisas.
O Modelo Padrão da física de partículas é a teoria que melhor prevê o comportamento da matéria. Abrange eletricidade, magnetismo, luz, teoria atômica e radiação, para mencionar alguns. (Não cobre os efeitos da gravidade; essa é uma teoria diferente.)
Em geral, o Modelo Padrão é brilhantemente bem-sucedido. Após testes extensivos, a teoria prevê o resultado de quase todos os experimentos com uma precisão impressionante. No entanto, pesquisadores da Laboratório do Acelerador Nacional Fermi fizeram duas medições que discordam substancialmente das previsões. (Divulgação: sou pesquisador do Fermilab, mas não participei de nenhuma das medições.)
discrepâncias subatômicas
O primeiro esforço mediu a massa de uma partícula chamada bóson W. O bóson W é uma partícula subatômica responsável pela força nuclear fraca. O fenômeno mais familiar envolvendo o bóson W é uma forma de radioatividade chamada decaimento beta.
Um grupo de cientistas, enquanto outro mediu as propriedades magnéticas do múon. Em ambos os casos, a medição discordou da previsão e as divergências foram estatisticamente significativas, levando os pesquisadores a levar as discrepâncias a sério.
Na pesquisa de fronteira, quando uma previsão e medição discordam, existem algumas explicações possíveis. Primeiro, a medição pode estar errada. Em segundo lugar, o cálculo pode ser feito incorretamente. E a terceira opção é que tanto a medição quanto o cálculo foram feitos corretamente, mas falta alguma coisa na teoria subjacente.
Qualquer uma das três possibilidades pode ser a explicação, e vale a pena notar que os físicos experimentais que fizeram a medição e os físicos teóricos que fizeram os cálculos são membros estabelecidos e bem conceituados da comunidade científica. Além disso, tanto as previsões quanto as medições passaram por uma extensa verificação cruzada e revisão. Por enquanto, não há razão para suspeitar de erros.
Portanto, se a medição e a previsão foram feitas corretamente, isso deixa a possibilidade de que a teoria precise ser revisada e aprimorada. Isso é o que artigo recente em Natureza Comunicações explorado. A questão principal é que as equações que governam tanto a massa do bóson W quanto as propriedades magnéticas do múon são extremamente difíceis e impossíveis de resolver exatamente. Isso requer que os cientistas façam aproximações e tomem decisões sobre quais efeitos incluir nos cálculos e quais omitir.
Espuma quântica e quarks
Embora todos os aspectos do cálculo sejam desafiadores, há um que é especialmente difícil. Isso envolve uma propriedade fascinante do espaço chamada . A espuma quântica é uma consequência surpreendente das leis da natureza. Ela diz que nas menores escalas, o espaço vazio não é vazio. Em vez disso, é um lugar agitado, com partículas subatômicas aparecendo e desaparecendo. Essas partículas efêmeras podem causar pequenas alterações nos cálculos.
Inscreva-se para receber histórias contra-intuitivas, surpreendentes e impactantes entregues em sua caixa de entrada toda quinta-feiraOs pesquisadores sabem como lidar com muitos aspectos da espuma quântica, mas não com todos. Por exemplo, quando as partículas efêmeras são elétrons e fótons, os cálculos são razoavelmente diretos. No entanto, quando os cientistas tentam incluir as contribuições de um componente da espuma quântica chamado quarks, as coisas ficam muito mais desafiadoras. Quarks são partículas subatômicas geralmente encontradas dentro de prótons e nêutrons e interagem fortemente umas com as outras. Essa força de interação dificulta qualquer cálculo que os envolva.
No artigo recente, os pesquisadores exploraram o efeito dessas partículas fortemente interativas nas previsões da massa do bóson W e das propriedades magnéticas do múon. Eles descobriram que qualquer tentativa que diminuísse a discrepância entre a medição e o cálculo da massa do bóson W aumentava a discrepância das propriedades magnéticas do múon e vice-versa.
Embora a esperança original desta pesquisa fosse que talvez um cálculo cuidadoso das contribuições devidas aos quarks na espuma quântica resolvesse ambas as discrepâncias, o resultado real foi que isso exacerbou a situação. Você pode corrigir uma discrepância apenas piorando a outra.
Os cientistas estão atualmente tentando entender as ramificações desse novo resultado. Embora parecesse razoável para muitos pesquisadores que o componente quark da espuma quântica pudesse resolver essas discrepâncias, esse não parece ser o caso.
Supondo que as medições e cálculos tenham sido feitos corretamente, e este novo trabalho seja confirmado, parece que os pesquisadores estão diante de um mistério fascinante. Pode ser que tanto a medição da massa do bóson W quanto as propriedades magnéticas do múon possam apontar o caminho para uma nova teoria e uma melhor compreensão das leis da natureza.
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