Primeiros sinais de decaimento raro do bóson de Higgs descobertos por físicos: WebCuriosos

Uma busca refinada pela transformação extremamente rara do bóson de Higgs produziu resultados, fornecendo a primeira evidência de um processo que poderia sugerir partículas desconhecidas.

Conciliando os resultados de vários anos de colisões de prótons dentro de dois detectores diferentes no Grande Colisor de Hádrons (LHC) da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN), os físicos aumentaram a precisão estatística da taxa com que o famoso 'doador de massa' partícula decaiu em um fóton e um Bóson Z.

Os resultados, compartilhados no Conferência de Física do LHC em Belgrado, na semana passada, ficam muito aquém do que poderia ser considerado significativo. Mas o processo em si pode ser melhorado para aprimorar a bolha e o chiado das receitas quânticas e ajudar a determinar onde podem existir novas forças e blocos de construção exóticos.

A partícula de Higgs se tornou a queridinha do mundo da física em 2012, quando a evidência de sua existência foi confirmada pelo ATLAS (ou 'Um Aparelho Toroidal LHC') e CMS (Compact Muon Solenoid) no CERN.

Não foi apenas a entrada final naquele grande mapa de partículas – o Modelo Padrão – a ser confirmada experimentalmente; sua observação prometia ser uma janela para partes ocultas do reino quântico.

Na maior parte dos casos, saber que a partícula de Higgs e o seu campo associado existem significa que agora compreendemos porque é que as partículas fundamentais têm massa.

Como energia e massa são maneiras diferentes de descrever o mesmo tipo de coisa, o esforço necessário para manter juntos objetos grandes e grossos (como átomos, moléculas e elefantes) contribui com uma proporção significativa da massa do objeto.

Numa escala menor, o esforço necessário para que objetos mais fundamentais, como elétrons ou quarks, passem pelo campo de Higgs explica por que eles têm massa em repouso e por que partículas como os fótons não têm.

No entanto, a natureza gregária do campo e a espuma efervescente dos seus bósons tornam-no um candidato perfeito para procurar sinais de campos quânticos hipotéticos e partículas relacionadas que normalmente não se dariam a conhecer através de meios mais óbvios.

“Cada partícula tem uma relação especial com o bóson de Higgs, tornando a busca por decaimentos raros de Higgs uma alta prioridade,” diz a coordenadora de física do experimento ATLAS do CERN, Pamela Ferrari.

A decomposição de uma partícula é como a morte de um pombo em meio aos arranha-céus – acontece o tempo todo, muitas vezes de diversas maneiras, mas você teria sorte se conseguisse pegar mais do que algumas penas flutuantes como evidência de sua passagem.

Felizmente, ao contar todas essas “penas” na poeira de um colisor, os físicos podem construir uma imagem das diferentes maneiras pelas quais as partículas se desintegram e ressurgem fugazmente em coisas novas.

Alguns desses decaimentos são relativamente comuns, mas para a partícula de Higgs, as transformações em um fóton e no bóson Z portador de força nuclear fraca de curto alcance são aproximadamente um evento em mil. Ou, como previsto nos livros didáticos, cerca de 0,15% de todos os decaimentos do Higgs.

Mas é exatamente isso que o Modelo Padrão determina que devemos esperar. Por mais surpreendentemente perspicaz que seja essa grande teoria, sabemos que ela irá falhar em algum momento, visto que não tem muito a dizer sobre a energia escura que expande o espaço ou sobre a deformação do espaço e do tempo de uma maneira semelhante à da gravidade.

Quaisquer divergências relativamente a este número poderiam ser utilizadas para apoiar modelos alternativos que poderiam deixar espaço suficiente para encaixar factos problemáticos.

Saber como melhorar o melhor modelo de física que já tivemos significa encontrar um monte de anomalias que atualmente não consegue explicar. Como campos e partículas exóticas que conduzem ações sutis e raras que normalmente não notaríamos.

“A existência de novas partículas pode ter efeitos muito significativos nos raros modos de decaimento do Higgs”, diz Florencia Canelli, coordenadora de física do outro detector do CERN, o CMS.

Por enquanto, essas indescritíveis partículas de unicórnio são tão míticas como sempre. Os resultados até agora estão aproximadamente dentro do intervalo previsto pelo Modelo Padrão.

No entanto, só existem dados suficientes para deixar os físicos moderadamente confiantes de que os resultados estão corretos. Execuções maiores, talvez utilizando tecnologia melhor, ainda poderiam revelar pequenas diferenças, escondendo uma grande janela para um conjunto totalmente novo de teorias.

“Este estudo é um teste poderoso do Modelo Padrão”, diz Canelli.

“Com a terceira execução do LHC em andamento e o futuro LHC de alta luminosidadeseremos capazes de melhorar a precisão deste teste e investigar decaimentos de Higgs cada vez mais raros.”