Quebras na simetria perfeita do universo podem ser janelas para uma física completamente nova

Por , em 19.06.2019

O nosso modelo atual da física de partículas, chamado (nada originalmente) de Modelo Padrão, está doido por um upgrade. Os cientistas sabem que precisamos atualizá-lo, mas a tarefa tem se mostrado mais difícil do que pensávamos.

Um caminho que pode abrir portas e janelas, no entanto, são possíveis quebras na simetria perfeita do universo.

Simetria de paridade

Um dos conceitos mais importantes na física é o da simetria. As simetrias revelam as leis fundamentais da natureza que governam o funcionamento mais profundo da realidade.

Existem muitos tipos diferentes de simetria. Por exemplo, às vezes você pode alterar o sinal (positivo ou negativo) das partículas, às vezes pode executar processos para frente ou para trás no tempo e, às vezes, pode executar uma versão espelhada do processo, e obter sempre o mesmo resultado.

Este último, olhar para um processo no espelho, é chamado de “simetria de paridade”. Todas as reações fundamentais entre as partículas subatômicas do universo parecem as mesmas quando são olhadas em um espelho.

Como toda regra tem uma exceção, sabemos que, por exemplo, reações envolvendo a força nuclear fraca, que também é estranha por um monte de outras razões, violam a simetria de paridade, especialmente quando neutrinos são produzidos em interações envolvendo essa força.

Logo, os físicos teorizam que outras forças e partículas no mundo quântico sejam infratoras de regras nessa área.

Além do Modelo Padrão

Os cientistas sabem que deve existir uma física além do que atualmente entendemos. O problema é que, embora saibamos que nossa concepção atual do mundo das partículas esteja incompleta, não sabemos onde procurar por sua substituição.  

Por exemplo, os físicos têm algumas ideias sobre reações hipotéticas que não seriam as mesmas no espelho e, portanto, violariam a simetria de paridade como a força nuclear fraca.

Essas reações estranhas poderiam nos apontar para uma nova física que nos ajudaria a superar o Modelo Padrão.

Naturalmente, tais ideias hipotéticas são exóticas, complexas e muito difíceis de testar. E, em muitos casos, não sabemos exatamente o que estamos procurando.

Limitações

Infelizmente, nunca veremos a maioria dessas reações estranhas em nossos laboratórios atuais. Algumas interações propostas são muito fracas para detectarmos com nossos instrumentos. Mas pode haver algumas raras exceções.

Pesquisadores do maior acelerador de átomos do mundo, o Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), têm caçado essas interações raras. Até agora, não descobriram nada, mas até mesmo isso pode ser esclarecedor.

Os resultados negativos nos ajudam a eliminar hipóteses infrutíferas, permitindo que os físicos se concentrem em caminhos mais promissores na busca por novas físicas.

Muitas das antigas teorias sobre o que estaria além do Modelo Padrão (como a supersimetria) estão lentamente sendo descartadas. É aqui que a violação de simetria de paridade pode ser útil.

Primeiros passos

Quase todas as extensões hipotéticas comuns ao Modelo Padrão incluem a limitação de que apenas a força nuclear fraca viola a simetria de paridade. Isso significa que conceitos como supersimetria, axions e leptoquarks mantêm a teoria da simetria como a conhecemos.

Mas talvez seja hora de ampliar nossos horizontes. Por essa razão, uma equipe de pesquisadores procurou por violações de paridade em dados divulgados pelo experimento Compact Muon Solenoid (CMS) no LHC, detalhando seus resultados em um estudo publicado na plataforma arXiv.

Esta foi uma pesquisa bastante complicada, uma vez que o LHC não está configurado para procurar por violações de paridade. Mas os cientistas inteligentemente descobriram uma maneira de fazer isso examinando as sobras nas interações entre outras partículas.

O resultado: não foram encontrados indícios de violação de paridade. Por enquanto, o Modelo Padrão vence. Embora seja um pouco decepcionante, a pesquisa ajudará a esclarecer futuras buscas.

Se continuarmos procurando e ainda não encontrarmos evidências de violação da paridade fora da força nuclear fraca, então sabemos que o que quer que esteja além do Modelo Padrão deve ter algumas das mesmas estruturas matemáticas, permitindo que apenas a força nuclear fraca pareça diferente no espelho. [LiveScience]

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