À luz da mais recente análise sobre a decadência dos mésons beleza, a aurora de uma nova era, a da "nova física", pode estar se aproximando. Uma importante contribuição para a análise foi feita por físicos do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) da Polónia.
Não podemos chamá-lo de uma descoberta. Ainda não. No entanto, existem algumas indicações de que os físicos que trabalham no acelerador LHC na Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), perto de Genebra pode ver os primeiros vestígios de física para além do atual teoria que descreve a estrutura da matéria. Esta indicação surge a partir da última análise de dados coletados pelo experimento LHCb em 2011 e 2012. Os físicos do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia, na Polónia, fizeram importante contribuição para a análise.
"Para colocá-lo em termos de cinema, onde uma vez só tinha algumas cenas que vazaram de um blockbuster de muito aguardado, o LHC foi finalmente tratada fãs para o primeiro trailer real", diz o prof. Mariusz Witek (IFJ PAN).
Para descrever a estrutura da matéria na escala das partículas elementares que utilizam o Modelo Padrão, um quadro teórico formulado na década de 1970. Partículas que agora considerar jogar tão elementar vários papéis. Bósons são portadores de forças: fotões estão relacionados com interações eletromagnéticas, oito tipos de glúons são responsáveis por interações fortes, e W +, W- e Z0 bósons mediar interações fracas.
A matéria é formada por partículas chamadas férmions, que são divididos em quarks e léptons. No Modelo Padrão, existem seis tipos de quarks (baixo, para cima, estranho, charmoso, inferior e superior) e seis tipos de léptons (elétrons, múons, taons e seus três neutrinos correspondentes), bem como 12 antipartículas que lhes estão associados. O recém-descoberto bóson de Higgs fornece partículas com massa (todos exceto os glúons e fótons).
"Até agora todas as medições coincidir com as previsões do Modelo Padrão. No entanto, sabemos que o Modelo Padrão não pode explicar todas as características do universo. Não prevê as massas de partículas ou nos dizer por férmions estão organizadas em três famílias. Como é que o domínio da matéria sobre a antimatéria no universo surgiu? O que é a matéria escura? Estas questões permanecem sem resposta. Além do mais, a força de todos nós experimentamos todos os dias, a gravidade, não está ainda incluído no modelo ", diz Witek.
Até agora, os cientistas que trabalham no LHC foram concentrando-se na busca do bóson de Higgs (os experimentos ATLAS e CMS), trabalhando as diferenças entre matéria e antimatéria (o experimento LHCb) e testes de plasma quark-glúon (o experimento ALICE ) . Agora, mais atenção está sendo pago para detectar novas partículas elementares além do Modelo Padrão.
As experiências ATLAS e CMS estão tentando ver essas partículas diretamente. No entanto, não se pode excluir que a massa das novas partículas é muito alto para ser produzido nas energias do acelerador LHC. Então, a única maneira de descobrir uma nova física seria observar a influência de novas partículas em fenômenos que observamos em energias mais baixas. Essa influência pode se manifestar em modificar a frequência do decaimento de mésons de beleza ou as distribuições angulares de seus produtos de decaimento.
Em 2011, pouco depois de reunir as primeiras amostras grandes pelo experimento LHCb, um anomalia intrigante sobre o méson beleza foi notado e anunciou em site público de LHCb. Estes mesões são compostos por um quark luz, que podemos encontrar em prótons e nêutrons que formam a matéria que nos rodeia, bem como um antiquark beleza pesado, que pode ser criado no colisor LHC. As partículas, constituídos de pares de quark-antiquark, são instáveis para que eles se deteriorar rapidamente.
Uma anomalia foi observada no decaimento de um mesões B contendo dois muões entre os seus produtos. Ao descrever o estado final deste decaimento, são necessários até oito parâmetros. Eles definem a distribuição angular de produtos de decaimento, ou seja, em quais ângulos eles vão estar voando. O método tradicional de determinar estes parâmetros podem levar a falsos resultados para o pequeno número de tais decaimentos observados. Dr. Marcin Chrząszcz de IFJ PAN, um dos principais autores da análise, propõe um método alternativo em que cada parâmetro foi determinado de forma independente dos outros.
"Minha abordagem pode ser comparada a determinar o ano quando um retrato de família foi tirada. Ao invés de olhar para a imagem inteira, é melhor analisar cada pessoa individualmente e sob essa perspectiva tentar elaborar o ano, o retrato foi tomada ", explica o Dr. Chrząszcz.
A análise mais recente, no lado polaco financiado pelo Centro Nacional de Ciência e Grant Diamante atribuído ao Dr. Chrząszcz, é importante não só para a sua precisão. Os resultados dos dados de 2011 foram confirmados pelos dados a partir de 2012. Isso aumenta a probabilidade de que os físicos têm encontrado um fenômeno genuíno em vez de artefacto imprevista da medição.
"Embora a pesquisa de novos fenômenos ou novas partículas, presume-se que, quando o efeito é diferente da previsão de uma determinada teoria por mais de três desvios-padrão - 3 sigma - que é uma indicação, mas não podemos falar de uma descoberta até que a taxa de precisão aumenta para acima de 5 Sigma. Para colocá-lo de forma ligeiramente diferente, 5 sigma significa que temos uma probabilidade de menos de 2:59-and-a-half milhões que as flutuações aleatórias podem proporcionar um resultado como esse visto. No número presentemente observado de tais deteriora a precisão da nossa análise atingiu um desvio de 3,7 sigma. Por isso, ainda não é possível fazer afirmações de uma descoberta, mas nós certamente temos uma pista interessante ", diz o Dr. Chrząszcz.
O que poderia ser a razão para o efeito observado? A hipótese mais popular entre os teóricos é a existência de um novo intermediário Z-prime de Higgs (Z ') envolvidos no decaimento de mésons B. Ele também explica outra, efeito ligeiramente mais fraco observado em outros decaimentos de mésons B para medir o que é chamado leptão universalidade. Ainda assim, não é uma explicação inconcebível do efeito no âmbito do Modelo Padrão: talvez os cálculos teóricos não levar em conta alguns fatores importantes que afetam o mecanismo de decadência.
O LHC foi recentemente começou uma nova rodada de colidir prótons a níveis mais elevados de energia, até o fim de que os físicos terão à sua disposição um outro lote de dados para analisar. Será que a nova física, em seguida, se tornar uma realidade?
Como Prof. Witek resume: "Assim como é com um bom filme: todo mundo quer saber o que vai acontecer no final, e ninguém quer esperar por ele".
A imagem no topo da página é rendição de um artista de uma colisão de alta energia dentro de um detector de partículas (CERN)
O Galaxy diário via Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências
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