O Grande Colisor de Hádrons finalmente desafiou as leis da física? – NewScientist

Capa: O experimento LHCb está procurando por uma nova física – Brice, Maximilien; Ordan, Julien Marius / CERN

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FÍSICA | ANÁLISE 24 de março de 2021

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Tem havido um burburinho de empolgação em torno do que foi descrito como “ dicas tentadoras de nova física ” provenientes do experimento LHCb no laboratório de física de partículas do CERN, mas:

Quão empolgados deveríamos estar? 

Resumindo: um pouco, mas quem segura a respiração passa por momentos incômodos.

O LHCb é um dos quatro grandes experimentos no Large Hadron Collider (LHC) do CERN perto de Genebra, na Suíça. Como o “b” no nome indica, ele pretende analisar decaimentos de partículas contendo um dos seis sabores conhecidos de quark, o quark “bottom” ou alternativamente “beleza”.

Os quarks bottom são muito mais pesados ​​do que os quarks up e down que constituem os prótons e nêutrons da matéria atômica convencional, o que significa que as partículas que os contêm têm muitas maneiras de se decomporem em partículas mais leves. 

Partículas contendo quarks b também têm vida excepcionalmente longa, e essas duas propriedades combinadas as tornam muito úteis para físicos que procuram física além do modelo padrão – nosso melhor entendimento atual de todas as interações de partículas.

Os físicos de partículas estão desesperados por qualquer sugestão de expansão do modelo padrão, que é extremamente bem testado, mas também lamentavelmente carente, sem dizer nada sobre a gravidade, uma das quatro forças fundamentais, ou matéria escura e energia escura, que parecem perfazer mais de 95 por cento do cosmos!

Essas são lacunas bastante importantes, mas quando o modelo padrão funciona, ele realmente funciona, produzindo previsões extremamente precisas. O LHCb parece ter encontrado um desvio dessas previsões nas taxas nas quais um certo tipo de partícula contendo quark b, o B +, decai no elétron e em seu primo mais pesado, o múon.

O modelo padrão diz que elétrons e múons devem ser produzidos aproximadamente na mesma taxa nesses decaimentos, mas o resultado do LHCb sugere que eles não são – e isso é apenas o tipo de dica de física além do modelo padrão que os pesquisadores estão desesperados para ver.

Coisas inebriantes. O fato é, porém, que rumores dessa anomalia já existem há algum tempo – este no LHCb há quase uma década. As notícias desta semana são baseadas em um artigo divulgado pela colaboração de que a anomalia ultrapassou o nível de significância estatística “3-sigma”, convencionalmente vista como o limite para ser “interessante” pelos físicos de partículas.

Um resultado de 3 sigma equivale a uma probabilidade de cerca de 1 em 1000 de que você veria um padrão de dados como este se o modelo padrão estivesse correto. Isso pode soar como uma indicação bastante sólida de que há algo novo aqui.

O problema, entretanto, é que esses tipos de decaimentos são incrivelmente raros e, ao procurá-los, os físicos precisam analisar uma carga de ruído estatístico, examinando amplamente. Isso leva a um efeito aparentemente paradoxal – quanto mais amplo você olha, maior a probabilidade de ver algo que parece estatisticamente significativo. Reúna mais dados e essas anomalias desaparecem novamente.

A física de partículas está repleta de efeitos 3-sigma que vêm e vão, então os pesquisadores estabeleceram um limite de teste muito mais alto para a descoberta:

“5-sigma”, correspondendo a uma probabilidade de cerca de 1 em 3,5 milhões que um padrão de dados como este é um acaso estatístico!

Esse é o limite que os experimentos ATLAS e CMS alcançaram em 2012 com o bóson de Higgs – com a segurança adicional de que duas colaborações independentes estavam vendo a mesma coisa. O LHCb ainda tem muito a fazer. A julgar pela taxa de análise de dados – e pelo fato de que o LHC foi desligado para uma atualização nos últimos dois anos – vai demorar um bom tempo antes que eles tenham algo mais definido. Expire… ufa!

É provável que essa anomalia desapareça como muitas outras antes dela, por outro lado, se houver física além do modelo padrão acessível para gostar do LHC, nosso conhecimento dela adequado com uma anomalia como esta.

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