Os resultados anunciados pelo experimento LHCb no CERN revelaram mais dicas para fenômenos que não podem ser explicados por nossa teoria atual da física fundamental.

Crédito da imagem: Universidade de Cambridge

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Em março de 2020, o mesmo experimento divulgou evidências de partículas quebrando um dos princípios centrais do Modelo Padrão - nossa melhor teoria de partículas e forças - sugerindo a possível existência de novas partículas e forças fundamentais.

Agora, outras medições feitas por físicos no Laboratório Cavendish de Cambridge encontraram efeitos semelhantes, reforçando a defesa de uma nova física.

O modelo padrão descreve todas as partículas conhecidas que constituem o universo e as forças por meio das quais interagem. Ele passou em todos os testes experimentais até agora, mas os físicos sabem que deve estar incompleto. Não inclui a força da gravidade, nem pode explicar como a matéria foi produzida durante o Big Bang, e não contém nenhuma partícula que pudesse explicar a misteriosa matéria escura que a astronomia nos diz ser cinco vezes mais abundante do que a matéria que compõe o mundo visível ao nosso redor.

Como resultado, os físicos há muito procuram por sinais de física além do Modelo Padrão que possam nos ajudar a resolver alguns desses mistérios.

Uma das melhores maneiras de pesquisar novas partículas e forças é estudar partículas conhecidas como quarks beauty (bonito). Esses são primos exóticos dos quarks up e down que constituem o núcleo de cada átomo.

Os quarks beauty não existem em grande número em todo o mundo, pois têm uma vida incrivelmente curta, sobrevivendo em média por apenas um trilionésimo de segundo antes de se transformarem ou se decomporem em outras partículas. No entanto, bilhões de quarks beauty são produzidos a cada ano pelo gigante acelerador de partículas do CERN, o Large Hadron Collider, que são registrados por um detector específico chamado LHCb.

A maneira como os quarks beauty decaem pode ser influenciado pela existência de forças ou partículas não descobertas. Em março, uma equipe de físicos do LHCb divulgou resultados mostrando evidências de que os quarks beauty estavam se decompondo em partículas chamadas múons com menos frequência do que seus primos mais leves, os elétrons. Isso é impossível de explicar no Modelo Padrão, que trata elétrons e múons de forma idêntica, além do fato de que os elétrons são cerca de 200 vezes mais leves do que os múons. Como resultado, os quarks beauty devem decair em múons e elétrons em taxas iguais. Em vez disso, os físicos do LHCb descobriram que o decaimento do múon acontecia apenas cerca de 85% das vezes que o decaimento do elétron.

A diferença entre o resultado do LHCb e o modelo padrão foi de cerca de três unidades de erro experimental, ou '3 sigma' como é conhecido na física de partículas. Isso significa que há apenas cerca de uma chance em mil do resultado ser causado por um acaso estatístico.

Supondo que o resultado esteja correto, a explicação mais provável é que uma nova força que atrai elétrons e múons com intensidades diferentes está interferindo na forma como esses quarks beauty decaem. No entanto, para ter certeza de que o efeito é real, mais dados são necessários para reduzir o erro experimental. Somente quando um resultado atinge o limite de '5 sigma', quando há menos de uma chance em um milhão de ser devido ao acaso, os físicos de partículas começarão a considerá-lo uma descoberta genuína.

"O fato de termos visto o mesmo efeito que nossos colegas viram em março certamente aumenta as chances de estarmos genuinamente à beira de descobrir algo novo", disse o Dr. Harry Cliff, do Laboratório Cavendish. "É ótimo esclarecer um pouco mais sobre o quebra-cabeça."

O resultado de hoje examinou dois novos decaimentos de quark beauty da mesma família de decaimentos usados no resultado de março. A equipe encontrou o mesmo efeito - os decaimentos do múon aconteciam apenas cerca de 70% das vezes que o decaimento do elétron. Desta vez, o erro é maior, o que significa que o desvio está em torno de '2 sigma', o que significa que há pouco mais de 2% de chance de ser devido a uma peculiaridade estatística dos dados. Embora o resultado não seja conclusivo por si só, ele adiciona mais suporte a uma pilha crescente de evidências de que há novas forças fundamentais esperando para serem descobertas.

"A empolgação com o Large Hadron Collider está crescendo enquanto o detector LHCb atualizado está prestes a ser ligado e mais dados coletados que fornecerão as estatísticas necessárias para reivindicar ou refutar uma descoberta importante", disse o professor Val Gibson, também do Laboratório Cavendish.

Mais informações:

R. Aaij et al, Tests of lepton universality using B⁰→K⁰_Sl⁺l⁻ and B⁺→K^∗+l⁺l⁻ decays, arXiv:2110.09501 [hep-ex] arxiv.org/abs/2110.09501

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Referência:

Physicists announce results that boost evidence for new fundamental physics. Phys Org, 19, out. 2021. Disponível em: <https://phys.org/news/2021-10-physicists-results-boost-evidence-fundamental.html>. Acesso em: 19, out. 2021.