O LHC detectou o bóson de Higgs novamente, mas com uma gigantesca diferença

Por , em 7.06.2018

Físicos que trabalham no Grande Colisor de Hádrons (em inglês, Large Hadron Collider ou LHC) realizaram uma nova detecção do famoso bóson de Higgs, desta vez capturando detalhes sobre uma rara interação com uma das mais pesadas partículas fundamentais conhecidas pela física: o quark top.

A breve mistura desse encontro incrivelmente precioso nos fornece informações importantes sobre a natureza da massa.

A pesquisa foi publicada na revista científica Physical Review Letters.

Bóson de Higgs e massa

Apesar de lidarmos com a massa todos os dias – seja na forma da força da gravidade ou na superação da inércia para movermos o nosso corpo -, entender sua causa básica é complicado.

A famosa equação E = mc ^ 2, de Albert Einstein, é uma descrição da massa como energia. Juntar partículas básicas em nêutrons e prótons requer energia, e esse esforço contribui para a sensação de peso de um átomo.

O problema é que certas partículas fundamentais ainda têm massa mesmo quando não estão exercendo nenhum esforço. De onde ela vem?

Cinquenta anos atrás, um cientista chamado Peter Higgs propôs que tinha que haver um bóson – uma partícula da mesma categoria que os fótons – que interage com outras partículas dentro de um campo especial, preenchendo aquele minúsculo pedaço de energia que completa a massa de um objeto.

Durante décadas, essa pequena partícula estranha foi a peça que faltava no quebra-cabeça do Modelo Padrão da Física. Finalmente, em 2012, sua existência foi confirmada pelo LHC.

Interações

Esse era apenas o começo de nossa exploração do bóson de Higgs, no entanto. Suas relações com diversas partículas podem nos dizer muito mais sobre a propriedade da massa – como os quarks.

Existem vários tipos de quark. Os up e down são os que compõem prótons e nêutrons, por exemplo. Já os quarks top não existem por tempo suficiente para podermos reconhecer bem suas funções: eles decaem em uma fração de segundo.

Eles são incrivelmente pesados, no entanto. Um elétron tem cerca de um milionésimo da massa de um quark top, o que indica uma interação relativamente forte com o campo de Higgs.

Capturar a interação entre um bóson de Higgs e um quark top, no entanto, é muito difícil. Nenhuma das duas partículas existe por tempo suficiente para ser vista diretamente, e apenas 1% dos bósons de Higgs produzidos pelas energias do LHC aparecem ao lado de um quark top.

Agulha no palheiro

Para identificá-los juntos, os físicos precisaram vasculhar os dados de dois grandes experimentos de colisão do LHC – ATLAS e CMS – em busca de combinações de assinatura dessas partículas.

Foi como encontrar uma agulha no palheiro. Mas, ao encontrar suficientes agulhas e comparar seus resultados, os pesquisadores de ambos os experimentos estão agora confiantes de que têm os números certos para descrever a força de um acoplamento de bóson de Higgs com quark top.

“As medições das colaborações CMS e ATLAS dão uma forte indicação de que o bóson de Higgs tem um papel fundamental no grande valor da massa de quarks top”, resumiu o físico Karl Jakobs, porta-voz da colaboração ATLAS. “Embora esta seja certamente uma característica fundamental do Modelo Padrão, esta é a primeira vez que foi verificada experimental e significativamente”.

Mais informações devem ser coletadas nos próximos meses, de forma que os pesquisadores podem chegar a uma figura mais precisa. “Quando o ATLAS e o CMS concluírem suas coletas de dados em novembro de 2018, teremos eventos suficientes para desafiar ainda mais fortemente a previsão do Modelo Padrão, para ver se há uma indicação de algo novo”, disse o porta-voz da colaboração CMS, Joel Butler. [ScienceAlert]

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