Um comportamento inesperado na desintegração de uma partícula parece não se alinhar com as previsões do Modelo Padrão, embora este seja muito confiável. Isso pode revelar a existência de forças ou partículas ainda desconhecidas, além do nosso conhecimento atual.
Os mésons B são instáveis: vivem apenas uma fração de segundo antes de se transformarem em outras partículas. Ao estudar essas transformações, os pesquisadores esperam detectar a influência de forças ou partículas novas que o Modelo Padrão ignora.
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O experimento LHCb no LHC é especialmente projetado para capturar essas desintegrações raras, registrando bilhões de colisões para encontrar os poucos eventos onde ocorrem as desintegrações "pinguim". Nesses casos, o méson B se transforma em um kaon, um pion e dois múons – uma assinatura ao mesmo tempo rara e rica em informações. Os ângulos segundo os quais essas partículas filhas se afastam umas das outras são pistas sobre a física subjacente.
Para realizar essas investigações, o LHC acelera prótons a uma velocidade próxima à da luz e os faz colidir. Entre os detectores, o LHCb opera desde 1994. Entre 2011 e 2018, o experimento registrou 650 bilhões de desintegrações de mésons B, das quais os cientistas extraíram os raros eventos do tipo pinguim.
A análise concentrou-se em um processo eletrofracor o qual um méson B se transforma em kaon, pion e dois múons – uma desintegração que ocorre apenas uma vez por milhão de mésons B. Ao medir precisamente os ângulos e as energias das partículas produzidas, a equipe constatou uma clara discordância com as previsões do Modelo Padrão.
O desvio medido em relação ao Modelo Padrão atinge quatro desvios padrão. Na prática, há apenas uma probabilidade em 16.000 de que esse resultado seja devido ao acaso se o Modelo Padrão estiver correto. Os resultados, publicados em
Physical Review Letters, são consistentes com os obtidos independentemente por outro experimento do LHC, o CMS. Embora o chamado "limiar dos cinco sigma" ainda não tenha sido atingido, o que validaria uma descoberta científica, as evidências combinadas já são convincentes.
No LHC, ímãs curvam os prótons em um anel de 27 km, construído sob a fronteira franco-suíça. Crédito: Cern
Vários modelos teóricos poderiam explicar a anomalia. Uma ideia popular envolve os leptoquarks, partículas hipotéticas que fazem a ponte entre léptons e quarks – as duas famílias de matéria. Outra possibilidade é a existência de versões mais massivas de partículas conhecidas. Os novos dados já restringem esses modelos e orientarão futuras pesquisas.
A colaboração LHCb já iniciou a análise de novos dados coletados desde 2018. Esse conjunto contém três vezes mais desintegrações de mésons B do que a amostra anterior, oferecendo uma ferramenta poderosa para verificar a anomalia. As primeiras análises estão em andamento, e os resultados são esperados nos próximos anos.
Em paralelo, os físicos refinam os cálculos teóricos para compreender melhor a contribuição dos pinguins encantados. Se o desvio persistir ou se acentuar, isso fortalecerá a hipótese de uma física além do Modelo Padrão.
Olhando mais adiante, as melhorias do LHC na década de 2030 aumentarão consideravelmente a taxa de colisões. O experimento LHCb planeja coletar um conjunto de dados 15 vezes maior do que o utilizado no estudo atual. Com essa estatística, a sensibilidade será suficiente para atingir uma significância de cinco sigma, o limiar de uma descoberta. Se a anomalia se confirmar, uma nova era se abrirá em nossa compreensão do infinitamente pequeno.
Fonte: arXiv