Uma medição inesperada de bósons está ameaçando o Modelo Padrão da física

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Créditos: Crady von Pawlak / Getty Images.

Por Pierre Celerier e Daniel Lawler
Publicado na ScienceAlert

Após uma década de medições meticulosas, cientistas anunciaram na quinta-feira que uma partícula fundamental – o bóson W – tem uma massa significativamente maior do que a teorizada, abalando as bases de nossa compreensão de como o Universo funciona.

Esses fundamentos são firmados pelo Modelo Padrão da física de partículas, que é a melhor teoria que os cientistas têm para descrever os blocos de construção mais básicos do Universo e quais forças os governam.

O bóson W rege o que é chamado de força fraca, uma das quatro forças fundamentais da natureza e, portanto, um pilar do Modelo Padrão.

No entanto, uma nova pesquisa publicada na Science disse que a medição mais precisa já feita do Bóson W contradiz diretamente a previsão do modelo.

Ashutosh Kotwal, físico da Universidade Duke (EUA) que liderou o estudo, disse à Agence France-Presse que o resultado levou mais de 400 cientistas ao longo de 10 anos para examinar quatro milhões de candidatos os bósons W de um “conjunto de dados de cerca de 450 trilhões de colisões”.

Essas colisões – feitas ao esmagar partículas em velocidades surreais para estudá-las – foram feitas pelo colisor Tevatron no estado estadunidense de Illinois.

Foi o acelerador de partículas de maior energia do mundo até 2009, quando foi suplantado pelo Grande Colisor de Hádrons perto de Genebra, que observou o bóson de Higgs alguns anos depois.

O Tevatron parou de funcionar em 2011, mas os cientistas do Detector de Colisões do Fermilab (CDF, na sigla em inglês) vêm analisando números desde então.

Tradução da imagem: O Modelo Padrão da Física de Partículas (The Standard Model of Particle Physics), mostrando os férmions [partículas de máteria] (fermions [matter particles]), que incluem os quarks com seus sabores up, down, strange, charm, bottom, e top, além dos léptons (leptons), com o elétron (electron), múon (muon), tau, o neutrino de elétron (electron neutrino), o elétron de muón (muon neutrino) e o neutrino de tau (tau neutrino); ao lado mostrando os bósons [partículas que carregam força] (bosons [force carriers]), entre eles o gluón (gluon), o fóton (photon), os Bósons W e Z (W boson/Z boson) e o bóson de Higgs. Crédito: ScienceAlert.

Fissuras no modelo

Harry Cliff, físico de partículas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, que trabalha no Grande Colisor de Hádrons, disse que o Modelo Padrão é “provavelmente a teoria científica de maior sucesso que já foi escrita”.

“Ele pode fazer previsões fantasticamente precisas”, disse ele. Mas se essas previsões se provarem erradas, o modelo não pode simplesmente ser ajustado.

“É como um castelo de cartas, você puxa um pouco demais, tudo desmorona”, disse Cliff à Agence France-Presse.

O Modelo Padrão não está isento de problemas.

Por exemplo, não leva em conta a matéria escura, que, juntamente com a energia escura, representa 95% do Universo. Também diz que o Universo não deveria ter existido em primeiro lugar, porque o Big Bang deveria ter se aniquilado.

Além disso, “algumas fissuras foram expostas recentemente” no modelo, disseram os físicos em um artigo da Science acompanhado ao estudo.

“Nesta estrutura de pistas de que faltam peças no Modelo Padrão, contribuímos com mais uma pista muito interessante e um pouco grande”, disse Kotwal.

Jan Stark, físico e diretor de pesquisa do instituto francês CNRS, disse que “esta é uma grande descoberta ou um problema na análise de dados”, prevendo “discussões bastante acaloradas nos próximos anos”.

Ele disse à Agence France-Presse que “afirmações extraordinárias exigem evidências extraordinárias”.

Algo grandioso

Os cientistas do CDF disseram que determinaram a massa do bóson W com uma precisão de 0,01% – duas vezes mais precisa que os esforços anteriores.

Eles compararam isso com a medição do peso de um gorila de 350 kg com uma margem de erro de 40 gramas.

Eles descobriram que o bóson era diferente da previsão do Modelo Padrão por sete desvios padrão, que também são chamados de sigma.

Cliff disse que se você estivesse jogando uma moeda, “as chances de obter um resultado de cinco sigma por pura sorte é de uma em três milhões e meio”.

“Se isso for real, e não algum viés sistemático ou mal-entendido de como fazer os cálculos, então é um algo grandioso porque significaria que há um novo ingrediente fundamental para o nosso Universo que não descobrimos antes”, disse ele. “Mas se você vai dizer algo tão grandioso quanto quebrar o Modelo Padrão da física de partículas, e há novas partículas por aí para descobrir, é necessário convencer as pessoas de que você provavelmente precisa de mais de uma medição de mais de um experimento”.

O porta-voz do CDF, David Toback, disse que “agora cabe à comunidade de física teórica e outros experimentos acompanhar isso e esclarecer esse mistério”.

E depois de uma década de medições, Kotwal ainda não terminou.

“Seguimos as pistas e não deixamos pedra sobre pedra, então vamos descobrir o que isso significa”, disse Kotwal.