Processo subatômico raro pode indicar a existência de uma "nova Física"

Criado em 16/05/15 17h29 e atualizado em 17/05/15 16h43
Por Elton Alisson Fonte:Agência Fapesp

Participaram do projeto pelo Brasil o Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), Universidade Estadual Paulista (Unesp), Universidade Federal do ABC (UFABC), Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Confira todas as entidades que participaram do projeto neste link. 

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Pesquisadores das colaborações CMS e LHCb do Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (Cern), na Suíça, anunciaram em um artigo publicado na revista Nature a observação, pela primeira vez, de um processo subatômico muito raro.

Eles constataram, por meio de análises conjuntas, que mésons Bs e B0 – partículas elementares pesadas e instáveis, produzidas apenas em colisões de alta energia, como as que ocorrem em aceleradores de partículas, como o LHC, ou pela interação de raios cósmicos no Universo – decaem (transformam-se espontaneamente) em dois múons – partículas atômicas ultraenergéticas.

O trabalho teve a participação de pesquisadores brasileiros vinculados ao Centro de Pesquisa e Análise de São Paulo (Sprace), da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e da Universidade Federal do ABC (UFABC), apoiado pela FAPESP; do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF); e da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). O grupo de pesquisadores do Sprace participa da colaboração CMS, do LHC.

“O estudo preciso de decaimentos raros, como dos mésons Bs e B0, é uma estratégia complementar para se investigar de forma indireta a possível existência de uma nova Física além do Modelo Padrão”, disse Sérgio Novaes, professor da Unesp e coordenador do Sprace, à Agência FAPESP.

Novaes explica que o Modelo Padrão da física de partículas – teoria que descreve as forças fundamentais forte, fraca e eletromagnética, bem como as partículas fundamentais que constituem toda a matéria – prevê que a probabilidade de os mésons Bs e B0 decaírem em múons é muito baixa, de cerca de quatro vezes para cada 1 bilhão de méson Bs e uma vez a cada 10 bilhões de méson B0 produzidos.

Uma diferença nas probabilidades de decaimento desses dois mésons possibilitaria a confirmação de teorias que vão além do Modelo Padrão, como a da supersimetria – teoria que prevê que para cada férmion (como quarks, elétrons e neutrinos) há um bóson correspondente, como o de Higgs – encontrado por pesquisadores do LHC em 2012.

Os experimentos realizados pelas colaborações CMS e LHCb, em que fizeram prótons de alta energia se colidirem para criar 1 trilhão de mésons Bs e B0, confirmaram predições do Modelo Padrão com grandes níveis de precisão.

“Os resultados combinados das observações das colaborações CMS e LHCb estão de acordo com as predições do Modelo Padrão e ajudam a eliminar ou restringir uma série de modelos que preveem taxas de decaimento mais elevadas do que as observadas”, disse Novaes.

Análise conjunta

As duas colaborações realizaram suas observações entre 2011 e 2012 e anunciaram seus resultados individualmente para o decaimento de mésons Bs em julho de 2013.

Segundo Novaes, embora os resultados individuais estivessem em acordo, ambos estavam um pouco abaixo do nível de precisão estatística de 5 Sigma, historicamente exigido na área de Física de partículas para atestar o resultado de uma observação.

“Na Física das partículas, 5 Sigma indica 99,9994% de probabilidade de o resultado da medida estar correto e de que há uma chance em 1,75 milhão de se tratar de um desvio estatístico”, explicou.

A análise conjunta dos dados obtidos pelas duas colaborações, levando em conta as correlações e as incertezas, excedeu essa margem de confiança, atingindo 6.2 Sigma.

“Ambas as medidas realizadas pelas duas colaborações individualmente são compatíveis com o Modelo Padrão e permitem estabelecer restrições rigorosas em teorias que vão além dele”, destacam os autores no artigo.

“As medidas precisas das grandezas eletrofracas são uma forma indireta e complementar de se obter limites que predizem novas partículas pesadas”, afirmou Novaes.

As observações das duas colaborações foram feitas com energia de centro de massa do LHC entre 7 e 8 teraelétrons-volts (TeV).

O reinício das operações do LHC nas próximas semanas, registrando colisões com energia no centro de massa de 13 TeV e com feixes mais intensos de prótons, permitirá dobrar a produção de mésons Bs e B0 e, consequentemente, aumentar ainda mais a precisão das medidas das taxas de decaimento dessas partículas.

Além disso, possibilitará a retomada da busca direta por novas partículas pesadas que poderão ser produzidas no acelerador e desvendar qualquer sinal de novos fenômenos que vão além do Modelo Padrão, estimam os pesquisadores da área.

O artigo Observation of the rare Bs0 →µ+µ− decay from the combined analysis of CMS and LHCb data (doi: 10.1038/nature14474) pode ser lido em www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14474.html.