Por Kathryn Jepsen e Matthew Francis
Publicado na Simmetry Magazine
Cientistas do Grande Colisor de Hádrons não são os únicos investigando as possibilidades de uma nova partícula.
Em um resultado publicado na Physical Review Letters (PRL, em sigla) em 2016, cientistas do experimento de física nuclear Atomki na Hungria divulgaram ter evidência em potencial de uma partícula que poderia dar sustentação a uma nova força fundamental da natureza.
“Se é uma partícula, é um tipo exótico que nunca foi visto antes”, diz Jonathan Feng da Universidade da Califórnia em Irvine (UCI). Feng e um grupo pequeno de colegas teóricos da UCI escreveram um artigo que será publicado em breve no PRL, analisando que tipo de partícula poderá ser.
Cientistas já descobriram as partículas fundamentais previstas pelo Modelo Padrão da Física de Partículas. Qualquer adição iria além do melhor modelo físico de partículas e forças que compõe o universo.
As consequências de tal descoberta provocariam diretamente uma incerteza acerca do experimento e da interpretação dos resultados pelos cientistas Húngaros, afirma o físico Flip Tanedo, que já foi Pós-Doutorando no grupo de Feng e que recentemente se tornou professor assistente na Universidade da Califórnia em Riverside. Mas os físicos de partículas da UCI, juntamente com a física nuclear de visita Susan Gardner da Universidade de Kentucky, acham válido explorar.
O experimento
Pesquisadores do Atomki, o Instituto de Pesquisa Nuclear da Academia Húngara de Ciências, tiraram uma pequena amostra de átomos de Lítio e a bombardearam com prótons para induzir reações nucleares.
O bombardeamento transformou alguns dos núcleos de Lítio em isótopos extremamente instáveis denominados Berílio-8, que tem quatro prótons e quatro nêutrons. A reação deixou os núcleos de Berílio-8 em estado de excitação, com energia em sobra depositada na forma de prótons e nêutrons.
Esse estado de excitação é instável e decai liberando energia extra. Ocasionalmente, o núcleo decai emitindo um elétron e sua anti-partícula, um pósitron.
Pesquisadores do Atomki mediram a energia dos pares de elétron-pósitron e os ângulos de seu movimento. Nos casos mais simples, a força eletromagnética deveria direcionar as partículas para caminhos muito próximos uma das outras. Mas os cientistas verificaram alguns elétrons e pósitrons indo além em um ângulo muito maior que o esperado. Isto poderia acontecer, os físicos levantaram a hipótese, se ambos tivessem “nascido” do decaimento de uma partícula invisível com a massa de 34 elétrons.
O grupo no UCI formulou um modelo para essa partícula e descobriu que se parece com a descrição incomum de um fóton negro, uma partícula relacionada a uma força hipotética que governaria as interações entre matéria escura e matéria ordinária.
Animados por nada?
Os céticos com relação ao resultado estão em peso. Feng e companheiros mostraram que a partícula teria que interagir com nêutrons muito mais do que com prótons, uma característica inesperada para a leve partícula, que ainda carrega uma força fundamental.
“É um pouco forçado,” afirma Rouven Essig, físico de partículas na Universidade Stony Brook. “Os tipos de interação que você precisaria entre essa nova partícula e o Modelo Padrão de partículas não são simples, nem naturais”. Por causa disso, surge um preconceito contra essa teoria, já que necessita de uma nova partícula para ser explicada.
Frank Calaprice, físico nuclear na Universidade de Princeton, diz estar impressionado pelo experimento em si, mas questiona a física nuclear que sustenta a análise.
O próximo passo é checar o resultado através de outras experiências. O experimento LHCb no Grande Colisor de Hádrons ou o recente detector Belle II no Japão são bons candidatos, assim como o experimento Mu3e na Suíça e o experimento DarkLight nos Estados Unidos, este último que busca novas partículas em volta da mesma energia (escura).
O veredito deve vir nos próximos anos, afirma Feng. Apesar da sorte estar contra as novas descobertas, ele se mantém esperançoso.
“Somos nós contra o Modelo Padrão,” expôs Feng. “Sabemos que há algo a mais por aí, só não nos deparamos com isso ainda. Essa pode ser a vez.”
