Experimento: quarks interagindo com minúsculos bósons “sabres de luz”
Físicos do experimento ATLAS, da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), confirmaram que o bóson de Higgs decai para dois quarks bottom, um tipo de interação que havia se provado muito difícil de detectar.
A descoberta foi feita combinando dados de dois testes realizados no Grande Colisor de Hádrons (LHC).
Higgs
O bóson de Higgs e seu campo associado desempenham um papel essencial no Modelo Padrão da Física de Partículas.
Partículas elementares como os léptons, os quarks e os bósons W e Z “adquirem” suas massas distintas em virtude de seus acoplamentos únicos e diferentes nesse campo.
Os bósons W e Z desempenham o mesmo papel mediador da interação nuclear fraca que os fótons para o eletromagnetismo. Como feixes de fótons penetram uns nos outros, “sabres de luz eletromagnéticos” permanecem ficção científica, mas feixes de bósons W e Z podem repelir um ao outro, tornando-os espécies de “sabres de luz de interação fraca”.
Esse é um processo raro – a “dispersão” entre bósons W e Z emitidos por quarks em colisões próton-próton -, mas finalmente foi observado e confirmado pelo experimento ATLAS.
Estatística
Uma das principais motivações para a construção do LHC era justamente estudar exatamente esse processo. Um quark em cada um dos dois prótons em colisão tem que irradiar um bóson W ou Z. Essas partículas de duração extremamente curta são capazes de voar a uma distância de 0,1×10-15m antes de se transformarem em outras partículas, e sua interação com outras partículas é limitada a uma faixa de 0,002×10-15m.
Em outras palavras, esses “sabres de luz fracos” se estendem apenas cerca de 1/10 do raio de um próton e têm de se aproximar um do outro a 1/500 do raio de um próton. Tal coincidência extremamente improvável acontece apenas uma vez em 200 bilhões de interações próton-próton, registradas tipicamente em um dia de operação do LHC.
Essa interação permite ao bóson de Higgs decair para dois quarks bottom. Embora este tipo de decaimento seja responsável por quase 60% de todos os decaimentos de bóson de Higgs no LHC, é extremamente complicado identificá-lo entre o vasto número de partículas que também são produzidas por colisões próton-próton em processos que nada têm a ver com o bóson de Higgs.
A fim de detectar essa agulha no palheiro, os físicos da ATLAS primeiro fizeram cálculos precisos das contribuições esperadas de outros processos. Depois, usando dados de um teste rodado no LHC que envolveu colisões de 13 TeV, a equipe detectou o canal de decaimento de quarks bottom com uma significância estatística de 4.9 sigma.
O necessário para uma descoberta em física de partículas é uma significância de 5 sigma, pois indica uma alta probabilidade de que as informações coletadas não são acasos ou erros estatísticos. Então, os pesquisadores decidiram reforçar seus números olhando dados de colisões de 7 TeV coletados em um outro teste no LHC.
Com isso, a equipe do ATLAS conseguiu aumentar a significância do experimento para 5.4 sigma, confirmando a observação desses estranhos fenômenos físicos. [Phys, PhysicsWorld]
1 comentário
O LHC provavelmente irá para o lixo. Ha muito que eu afirmo que o boson de higgs não dá massa as partículas. A medida de 5σ (5 sigma) pode não indicar nada. Gêmeos são iguais mas não são a mesma pessoa. O LHC é um chocador de prótons. Para que chocar protons? Antes do “suposto” big bang, não existiam os prótons. Para que chocar prótons? Não existia nada e foi deste nada que surgiu o tudo. Primeiramente temos que saber como o universo começou. Voltamos a estaca zero.