A Colaboração LHCb no CERN descobriu que as partículas não se comportam da maneira que deveriam de acordo com a teoria orientadora da física de partículas - o Modelo Padrão.

Decadência muito rara de um belo méson envolvendo um elétron e um pósitron observado no LHCb. Crédito: Imperial College London

O modelo padrão da física de partículas prevê que as partículas chamadas quarks bottom, que são medidas no experimento LHCb, devem decair em múons ou elétrons em igual medida. 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.

Físicos do Imperial College London e das Universidades de Bristol e Cambridge conduziram a análise dos dados para produzir esse resultado, com financiamento do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia. O resultado foi anunciado ontem na conferência Moriond Electroweak Physics e publicado como uma pré-impressão.

Além do modelo padrão

O Modelo Padrão é a melhor teoria atual da física de partículas, descrevendo todas as partículas fundamentais conhecidas que compõem nosso Universo e as forças com as quais elas interagem.

No entanto, o Modelo Padrão não pode explicar alguns dos mistérios mais profundos da física moderna, incluindo de que é feita a matéria escura e o desequilíbrio da matéria e antimatéria no Universo.

Os pesquisadores, portanto, têm procurado por partículas que se comportam de maneiras diferentes do que seria esperado no Modelo Padrão, para ajudar a explicar alguns desses mistérios.

O Dr. Mitesh Patel, do Departamento de Física do Imperial e um dos principais físicos por trás da medição, disse: "Estávamos tremendo quando olhamos os resultados pela primeira vez, estávamos muito animados. Nossos corações batiam um pouco mais rápido.

"É muito cedo para dizer se isso é realmente um desvio do Modelo Padrão, mas as implicações potenciais são tais que esses resultados são coisas mais empolgantes que fiz em 20 anos no campo. Foi uma longa jornada para chegar aqui."

O experimento LHCb é um dos quatro grandes experimentos no Large Hadron Collider no CERN, situado no subsolo na fronteira franco-suíça perto de Genebra. Crédito: CERN

Blocos de construção da natureza

Os resultados de hoje foram produzidos pelo experimento LHCb, um dos quatro enormes detectores de partículas do Large Hadron Collider (LHC) do CERN.

O LHC é o maior e mais poderoso colisor de partículas do mundo, ele acelera as partículas subatômicas até quase a velocidade da luz, antes de colidi-las umas com as outras. Essas colisões produzem uma explosão de novas partículas, que os físicos então registram e estudam a fim de compreender melhor os blocos de construção básicos da natureza.

A medição atualizada questiona as leis da natureza que tratam os elétrons e seus primos mais pesados, múons, de forma idêntica, exceto por pequenas diferenças devido às suas diferentes massas.

De acordo com o modelo padrão, múons e elétrons interagem com todas as forças da mesma maneira, então quarks bottom criados no LHCb deve decair em múons com a mesma frequência que ocorre em elétrons.

Mas essas novas medições sugerem que os decaimentos podem estar ocorrendo em taxas diferentes, o que pode sugerir que partículas nunca antes vistas desviam as escalas dos múons.

Abertura do detector LHCb para instalar uma atualização. Crédito: CERN

Imperial Ph.D. o estudante Daniel Moise, que fez o primeiro anúncio dos resultados na conferência Moriond Electroweak Physics, disse: "O resultado oferece uma sugestão intrigante de uma nova partícula ou força fundamental que interage de uma forma que as partículas atualmente não conhecidas pela ciência.”

"Se isso for confirmado por outras medições, terá um impacto profundo em nossa compreensão da natureza no nível mais fundamental."

Não é uma conclusão precipitada

Na física de partículas, o padrão ouro para descoberta são cinco desvios-padrão o que significa que há uma chance de 1 em 3,5 milhões de o resultado ser um acaso. Esse resultado são três desvios, o que significa que ainda há uma chance de 1 em 1000 de que a medição seja uma coincidência estatística. Portanto, é muito cedo para tirar conclusões firmes.

O Dr. Michael McCann, que também desempenhou um papel de liderança na equipe Imperial, disse: "Sabemos que deve haver novas partículas para serem descobertas porque nosso entendimento atual do Universo é insuficiente em muitos aspectos, não sabemos do que 95% do Universo é feito, ou porque há um grande desequilíbrio entre matéria e antimatéria, nem entendemos os padrões nas propriedades das partículas que conhecemos.

"Embora tenhamos de esperar pela confirmação desses resultados, espero que um dia possamos olhar para trás como um ponto de desvio, onde começamos a responder a algumas dessas questões fundamentais."

Cabe agora à colaboração do LHCb verificar ainda mais seus resultados, comparando e analisando mais dados, para ver se as evidências de alguns novos fenômenos permanecem. Espera-se que o experimento LHCb comece a coletar novos dados no próximo ano, após uma atualização do detector.

Artigo publicado no CERN

Material adicional:

Foto do experimento LHCb : http://cds.cern.ch/record/2302374?ln=fr#24

Legenda: “The LHCb experiment is one of the four large experiments at the Large Hadron Collider at CERN, situated underground on the Franco-Swiss border near Geneva.”

VNR: https://videos.cern.ch/record/2758757

Artigo LHCb:   https://arxiv.org/abs/2103.11769

Artigo LHCb: https://lhcb-public.web.cern.ch/Welcome.html#RK2021

Fonte: Phys