Os resultados da nossa mais recente investigação no Large Hadron Collider (LHC) do CERN, em Genebra, sugerem que podemos estar a aproximar-nos de sinais de física que ainda não foram descobertos.
Se confirmadas, estas sugestões derrubariam a teoria do Modelo Padrão que dominou a física de partículas durante 50 anos. Estudo revela como certas partículas subatômicas se comportam Grande Colisor de Hádrons Discordo do modelo padrão.
As partículas elementares são os blocos de construção mais básicos da matéria – partículas subatômicas que não podem ser divididas em unidades menores. Quatro forças fundamentais – gravidade, eletromagnetismo, força fraca e força forte – controlam como essas partículas interagem umas com as outras.
O LHC é um acelerador de partículas gigante construído num túnel circular de 27 quilómetros de comprimento sob a fronteira franco-suíça. Seu principal objetivo é encontrar rachaduras modelo padrão.
Esta teoria é a nossa melhor compreensão das partículas e forças elementares, mas sabemos que não pode ser toda a história. Não pode explicar a gravidade ou a matéria escura – um tipo de matéria invisível e até agora imensurável que constitui cerca de 25% do universo.
No Grande Colisor de Hádrons, feixes de partículas de prótons viajando em direções opostas colidem para revelar pistas sobre a física ainda não descoberta. novos resultados de HCb grandeum experimento no Large Hadron Collider, analisou essas colisões.
Os resultados vêm do estudo do decaimento (uma transformação) de partículas subatômicas chamadas mésons B. Nós investigamos esses Méson B Decaiu em outras partículas e descobriu que a maneira específica como isso acontece é inconsistente com as previsões do Modelo Padrão.
teoria elegante
O Modelo Padrão baseia-se em dois dos avanços mais transformadores da física do século 20: a mecânica quântica e a teoria da relatividade especial de Einstein.
Os físicos podem testar rigorosamente a teoria comparando medições de instalações como o Grande Colisor de Hádrons com previsões baseadas no Modelo Padrão.
Embora saibamos que o Modelo Padrão está incompleto, os físicos de partículas ainda não encontraram falhas na teoria durante mais de 50 anos de testes cada vez mais rigorosos. Isso é possível, até agora.
nossas medidas, aceito para publicação existir Cartas de revisão físicamostrando uma tensão de quatro desvios padrão em relação às expectativas do modelo padrão.
No mundo real, isto significa que, depois de ter em conta as incertezas nos resultados experimentais e nas previsões teóricas, se o Modelo Padrão estiver correcto, há apenas uma probabilidade de 1 em 10.000 de tais flutuações aleatórias extremas nos dados.
Embora isto ainda não tenha atingido o padrão-ouro da ciência – o chamado cinco sigmasou cinco desvios padrão (cerca de 1 chance em 1,7 milhão) – as evidências começam a se acumular. Pesquisa independente acrescenta cor a esta narrativa convincente Experimento LHC, CMSa ser lançado no início de 2025.
Embora os resultados do CMS não sejam tão precisos como os do Grande Colisor de Hádrons, eles estão de acordo, fortalecendo o argumento. Nossos novos resultados foram descobertos durante o estudo de um processo especial chamado decaimento eletrofraco do pinguim.
evento raro
O termo “pinguim” refere-se a um tipo específico de decaimento (transformação) de partículas de vida curta. Neste caso, estudamos como Méson B Decai em quatro outras partículas subatômicas – um múon, um méson e dois mésons.
Com alguma imaginação, pode-se imaginar o arranjo das partículas envolvidas como um pinguim. Crucialmente, as medições deste decaimento permitem-nos estudar como um tipo de partícula elementar (o quark beauty) se transforma noutro tipo (o quark estranho).
Este tipo de decaimento do pinguim é extremamente raro no Modelo Padrão: apenas um em cada milhão de mésons B decai desta forma. Analisamos cuidadosamente os ângulos e as energias em que essas partículas decaem e determinamos exatamente com que frequência esse processo ocorre. Descobrimos que as nossas medições destas quantidades são inconsistentes com as previsões do modelo padrão.
O estudo preciso de tais decaimentos é um dos principais objetivos dos experimentos do LHC e tem sido assim desde o seu lançamento em 1994. O processo Penguin é particularmente sensível aos efeitos de novas partículas potencialmente muito pesadas que não podem ser produzidas diretamente pelo Grande Colisor de Hádrons.
Estas partículas ainda podem ter um impacto mensurável nestes decaimentos, enquanto a contribuição do Modelo Padrão é pequena. Esta observação indireta não é nova. Por exemplo, a descoberta da radioatividade antecede a observação direta da sua partícula elementar (o bóson W) em 80 anos.
direção futura
Nosso estudo de processos raros nos permite explorar partes da natureza que de outra forma só poderiam ser acessíveis através de colisores de partículas planejados para a década de 2070. Existem muitas novas teorias potenciais que poderiam explicar nossas descobertas. Muitos contêm “Quark Claro” Combinando dois tipos diferentes de matéria: “lépton” e “quark”.
Outras teorias potenciais incluem partículas que são análogas mais pesadas daquelas já encontradas no Modelo Padrão. Os novos resultados restringem a aparência desses modelos e orientarão pesquisas futuras sobre eles.
Apesar do nosso entusiasmo, ainda existem questões teóricas pendentes que nos impedem de afirmar inequivocamente ter observado a física além do Modelo Padrão. O problema mais sério surge do chamado “pinguim encantador”, um conjunto de processos presentes no Modelo Padrão cujas contribuições são muito difíceis de prever. Estimativas recentes destes pinguins fascinantes sugerem que a sua influência é insuficiente para explicar os nossos dados.
Além disso, uma combinação de modelos teóricos e dados experimentais do Large Hadron Collider sugere que o Charming Penguin (e, portanto, o Modelo Padrão) tem dificuldade em explicar os resultados incomuns.
Os novos dados recolhidos permitir-nos-ão confirmar o que acontecerá nos próximos anos: no nosso trabalho atual, estudámos aproximadamente 650 mil milhões de decaimentos de mesões B registados entre 2011 e 2018 para encontrar estes decaimentos de pinguins. Desde então, o experimento LHCb registrou três vezes mais mésons B.
Novos progressos previstos para a década de 2030 atualizações futuras ao LHC e novamente acumulou um conjunto de dados 15 vezes maior. Este passo final permitirá que sejam feitas afirmações inequívocas, potencialmente desbloqueando uma nova compreensão de como o universo funciona ao nível mais fundamental.
