O que significa se o CERN descobrir uma nova partícula
Vista aérea do CERN. Crédito da imagem: Maximilien Brice (CERN).
Houve um pequeno, mas significativo excesso observado, e uma nova partícula é uma explicação possível. O que significará?
Sou fã da supersimetria, em grande parte porque parece ser a única rota pela qual a gravidade pode ser trazida para o esquema. Provavelmente não é suficiente, mas é um caminho a seguir para envolver a gravidade. Se você tem supersimetria, então há mais dessas partículas. Esse seria o meu resultado favorito. – Peter Higgs
Nas décadas de 1960 e 1970, os retoques teóricos finais estavam sendo dados no Modelo Padrão da física de partículas elementares. Dentro do mundo do átomo havia partículas subatômicas, fundamentais, incluindo elétrons, dois tipos de quarks e glúons. Além disso, ao longo do tempo, uma série de outras partículas foram descobertas:
- um total de seis tipos de quarks e suas antipartículas correspondentes (antiquarks), cada um com três cores (ou anticolores),
- três léptons carregados e três neutrinos neutros de baixa massa, cada um com suas próprias antipartículas,
- e os bósons: o fóton (para a força eletromagnética), os oito glúons (para a força nuclear forte), o W+, W- e o Z (para a força fraca), mais o bóson de Higgs.
Crédito da imagem: E. Siegel, de seu novo livro, Além da Galáxia.
Demorou 50 anos desde o momento em que este modelo foi colocado em prática para que todo o conjunto fosse descoberto. A culminação do modelo padrão foi a descoberta do bóson de Higgs: no início desta década no Grande Colisor de Hádrons no CERN. Mas naquela época, houve uma série de outros mistérios que surgiram, mistérios que – por sua própria natureza – exigem a existência de novas partículas para explicar a física que observamos. Eles incluem:
- matéria escura , ou o fato de que cerca de 80-85% da massa do Universo não pode ser explicada pelas partículas no Modelo Padrão.
- massas de neutrinos , que deveria ter sido zero, mas em vez disso são minúsculos (milhões de vezes mais leves que o elétron) e diferentes de zero, e exigem uma nova partícula para explicar sua existência.
- a assimetria matéria-antimatéria , o que não pode ser explicado apenas pelas partículas e interações conhecidas, e requer nova física – partículas e interações – para explicar o que nosso Universo nos dá.
Um possível conjunto de novas partículas que poderiam dar origem à assimetria matéria-antimatéria. Crédito da imagem: E. Siegel, de seu livro, Além da Galáxia.
Existem muitos cenários diferentes que poderiam explicar esses fenômenos através da existência de novas partículas, mas alguns dos mais interessantes incluem supersimetria, dimensões extras e extensões tecnicolor. Por que esses, entre outros, são interessantes? Porque se estiverem corretos, devem dar origem a novas partículas fundamentais, partículas além do Modelo Padrão, que o LHC pode ver !
Crédito da imagem: DESY em Hamburgo.
A supersimetria, por exemplo, prevê a existência – em todas as suas formas – de pelo menos uma (e na maioria dos modelos, quatro) partículas adicionais, pesadas, semelhantes a Higgs. A maneira de descobrir uma partícula como essa é calcular, em todas as energias, quais são as contribuições esperadas de todas as partículas conhecidas para várias vias de decaimento (dois fótons, dois léptons carregados, um bóson W+ e W-, etc.), e então faça as observações e procure as diferenças.
Se você encontrar diferenças significativas o suficiente nos lugares certos, descobrirá uma nova partícula. Foi assim que, no passado, descobrimos partículas como o Z, o quark top e o Higgs.
Crédito da imagem: a colaboração LEP e várias subcolaborações, 2005, via http://arxiv.org/abs/hep-ex/0509008 . Medições Eletrofracas de Precisão na Ressonância Z. Observe que a partícula Z aparece com uma largura em energia.
Em dezembro, a colaboração ATLAS anunciou que parecia ter visto um pouco de evidência - não o suficiente para reivindicar a descoberta, mas o suficiente para parecer que não era apenas ruído - de uma nova partícula em torno de 750 GeV em energia, ou cerca de cinco vezes a massa do bóson de Higgs. Era consistente, eles disseram, com outra partícula de spin-0, o que significa que poderia ser outro Higgs! Ao mesmo tempo, a colaboração do CMS viu algo muito semelhante, embora fosse consistente com uma partícula de spin-2.
Na semana passada, ambas as colaborações já pegaram o conjunto completo de dados atualmente disponíveis e se reuniram (embora com resultados independentes) para comparar.
O novo sinal a 750 GeV, através das colaborações CMS e ATLAS. Crédito da imagem: Pauline Gagnon, via http://www.quantumdiaries.org/2016/03/18/two-steps-closer-to-a-possible-discovery/ .
Antes de ficar todo animado, perceba o seguinte: isso pode acabar não sendo nada ! Claro, há algo suspeito acontecendo nesta faixa de energia de 750 GeV, mas as estatísticas são muito limitadas no momento. Há uma razão muito boa para que os físicos de partículas não reivindiquem descobertas de novas partículas até que um certo padrão (significado 5σ) seja alcançado: a lata de lixo da história está repleta de descobertas que acabaram sendo meras flutuações nos dados que desapareceram com mais e melhores dados. Isso pode ser exatamente o que estamos vendo aqui.
A parte bonita disso é que não teremos que esperar para sempre. O LHC reinicia em suas energias mais altas e luminosidades mais altas (ou seja, o maior número de colisões por segundo) já em maio, e quando o meio do verão chegar, devemos saber se isso é uma partícula verdadeira ou apenas uma flutuação. Se isso é uma nova partícula, teremos nossa primeira dica direta do que está além do Modelo Padrão, e uma nova era na física será iniciada. Mas se for uma flutuação - e se você for uma pessoa de apostas, você seria inteligente em apostar na resposta da flutuação - está de volta à prancheta para os construtores de modelos. Os segredos da natureza podem revelar-se mais ilusórios do que os físicos imaginaram até agora.
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes . Deixe seus comentários em nosso fórum , confira nosso primeiro livro: Além da Galáxia , e apoie nossa campanha no Patreon !
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