Sugestão de rachadura no modelo padrão desaparece nos dados do LHC

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Uma sugestão outrora promissora de nova física do Grande Colisor de Hádrons (LHC), o maior acelerador de partículas do mundo, derreteu, anulando uma das maiores esperanças dos físicos para uma grande descoberta.

A aparente anomalia foi uma diferença inesperada entre o comportamento dos elétrons e de seus primos mais massivos, os múons, quando surgem do decaimento de certas partículas.

Mas os resultados mais recentes do experimento LHCb no CERN – laboratório de física de partículas da Europa perto de Genebra, na Suíça, que hospeda o LHC – sugerem que elétrons e múons são produzidos na mesma taxa, afinal.

“Minha primeira impressão é que a análise é muito mais robusta do que antes”, diz Florencia Canelli, física experimental de partículas da Universidade de Zurique, na Suíça, que é membro sênior de um experimento separado do LHC. Ele revelou como uma série de sutilezas surpreendentes conspiraram para produzir uma aparente anomalia, diz ela.

Renato Quagliani, físico do LHCb no Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne, relatou os resultados no CERN em 20 de dezembro, em um seminário que atraiu mais de 700 espectadores online. A colaboração do LHCb também publicou dois preprints no repositório arXiv.

Decaimento desequilibrado

O LHCb relatou pela primeira vez uma tênue discrepância na produção de múons e elétrons em 2014. Quando colisões de prótons produziram partículas massivas chamadas B mésons, estes decaíram rapidamente. O padrão de decaimento mais frequente produziu outro tipo de méson, chamado kaon, além de pares de partículas e suas antipartículas – um elétron e um pósitron ou um múon e um antimúon. O modelo padrão previa que os dois tipos de pares deveriam ocorrer aproximadamente com a mesma frequência, mas os dados do LHCb sugeriam que os pares elétron-pósitron ocorriam com mais frequência.

Os experimentos de física de partículas freqüentemente produzem resultados iniciais que se desviam ligeiramente do modelo padrão, mas acabam sendo acasos estatísticos à medida que os experimentos coletam mais dados. Mas isso não aconteceu desta vez. Em vez disso, com o passar do tempo, o BA anomalia do méson parecia se tornar mais evidente, atingindo um nível de confiança conhecido como 3 sigma – embora ainda não tenha atingido o nível de significância frequentemente usado para reivindicar uma descoberta, que é 5 sigma. Uma série de medições relacionadas em B os mésons também revelaram desvios das previsões teóricas baseadas no modelo padrão da física de partículas.

Os resultados relatados esta semana incluíram mais dados do que as medições anteriores do LHCb de B-meson decai, e um estudo mais completo de possíveis fatores de confusão. As aparentes discrepâncias nas medições anteriores envolvendo kaons acabaram sendo causadas em parte pela identificação incorreta de algumas outras partículas como elétrons, diz o porta-voz do LHCb, Chris Parkes, físico da Universidade de Manchester, no Reino Unido. Embora os experimentos do LHC sejam bons para capturar múons, os elétrons são mais difíceis de detectar.

Reorientando a pesquisa

O resultado provavelmente desapontará muitos teóricos que passaram muito tempo tentando criar modelos que pudessem explicar as anomalias. “Tenho certeza de que as pessoas gostariam que encontrássemos uma brecha no modelo padrão”, diz Parkes, mas no final, “você faz a melhor análise com os dados que possui e vê o que a natureza oferece”, ele diz. “É realmente como a ciência funciona.”

Embora o resultado mais recente tenha sido alvo de rumores por meses, sua confirmação foi uma surpresa, diz Gino Isidori, um físico teórico da Universidade de Zurique que estava na palestra do CERN, porque uma imagem coerente parecia estar emergindo de anomalias relacionadas. Isso poderia ter apontado para a existência de partículas elementares inéditas que afetam o decaimento de B mésons. Isidori dá crédito à colaboração do LHCb por ser “honesta” ao admitir que suas análises anteriores tiveram problemas, mas lamenta que tenha demorado tanto para a colaboração encontrar os problemas.

No entanto, algumas outras anomalias, incluindo algumas registradas em B-meson decai que não envolve kaons, ainda pode se tornar real, acrescenta Isidori. “Nem tudo está perdido.”

Marcella Bona, uma física experimental da Queen Mary University of London que faz parte de outro experimento do LHC, concorda. “Parece que os teóricos já estão pensando em como se consolar e reorientar.”

As sugestões remanescentes de uma nova física incluem uma medição que descobriu a massa de uma partícula chamada C bóson para ser maior do que o esperado, anunciado em abril. Mas uma anomalia separada, também envolvendo múons, pode estar desaparecendo. O momento magnético do múon parecia ser mais forte do que o previsto pelo modelo padrão, mas o últimos cálculos teóricos sugerem que não é, afinal. Em vez disso, a discrepância pode ter se originado em erros de cálculo das previsões do modelo padrão.

Este artigo é reproduzido com permissão e foi publicado pela primeira vez em 20 de dezembro de 2022.



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