Novas dicas de cálculo de múons sobre física desconhecida ainda não vista: WebCuriosos

Experimentos sobre a oscilação distinta de um primo pesado do elétron chamado múon estão descobrindo repetidamente que algo não está acertando, apontando o caminho para uma física desconhecida.

Quase 20 anos depois que pesquisadores do Acelerador de Partículas de Brookhaven, em Nova York, forneceram pela primeira vez evidências de uma anomaliacentenas de cientistas trabalhando com a Colaboração Muon g-2 acabei de anunciar a mais recente medição do movimento do múon em um campo eletromagnético.

Com base em uma quantidade bastante substancial de novos dados coletados usando o Fermi National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia dos EUA, a nova análise confirma uma diferença entre expectativas e resultados de 116.592.055 x 10^-11 .

Esse é um número minúsculo, com certeza. Mas pode prometer algumas novas grandes descobertas. E com uma precisão de 0,2 partes por milhão, a análise poderia ser comparada a estimar a distância entre duas pessoas em lados diferentes dos EUA e estar fora por menos de um metro (alguns pés).

“Esta medição é uma conquista experimental incrível”, diz Peter Winter, físico do Laboratório Nacional Argonne, em Illinois. “Reduzir a incerteza sistemática a este nível é um grande negócio e é algo que não esperávamos alcançar tão cedo.”

Os múons vivem em média pouco mais do que alguns microssegundos. Mas nessa breve existência, os seus corpos massivos comportam-se de forma muito semelhante a um electrão, girando de um lado para o outro à medida que as correntes do electromagnetismo empurram o que é conhecido como o seu momento magnético.

Os físicos têm uma boa ideia de como os múons deveriam se mover em um campo eletromagnético. Eles ainda têm uma letra que descreve esse movimento – g, para razão giromagnética.

Numa pista de dança onde há apenas a batida do eletromagnetismo e um múon ondulante, cada rotação poderia teoricamente ser prevista, dando valor ga de 2.

Infelizmente, a pista de dança quântica é um lugar bastante caótico, repleto de partículas virtuais que pairam no limite da existência. Esse borrão de objetos empurra e tropeça no múon de maneiras sutis que fazem com que seu boogaloo fique torto.

Sua presença sugere que g deveria ser um pouco maior que 2. Logicamente, tirar 2 de g deveria indicar uma assinatura de todo esse empurrão quântico.

Seguindo as regras, cada penetra quântico e seus movimentos característicos deveriam ter lugar no Modelo Padrão. Podemos até somar esses efeitos e levá-los em consideração na previsão dos verdadeiros movimentos do múon com um único número.

Esse número, no entanto, não é o que os investigadores descobriram numa série de experiências realizadas em Brookhaven há cerca de 20 anos. Nem é o que os investigadores descobriram usando o equipamento do Fermilab numa série de colisões realizadas em 2018.

A incompatibilidade entre expectativas e resultados na física de partículas geralmente se resume a uma de três coisas. É uma falha estatística, uma falha experimental ou uma lacuna teórica.

Destas, a terceira possibilidade é o prémio final – um buraco no Modelo Padrão que anseia por ser tapado.

Dado que fenômenos como a energia escura e a matéria escura não podem atualmente ser explicados facilmente usando o Modelo Padrão da física, já suspeitamos que haja alguns problemas com isso.

Com a Colaboração Muon g-2 confirmando o número de g-2 com base em múltiplas execuções do acelerador de partículas do Fermilab em 2019 e 2020, podemos ter duas vezes mais certeza da existência de novas partículas e forças que ainda não identificamos.

Nos próximos anos, a colaboração combinará os resultados de experiências anteriores com os dados mais recentes para construir um caso ainda mais forte, que poderá cumprir os elevados padrões de certeza e mudar a física para sempre.

Esta pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.