A Irresistível Ascensão do Modelo Padrão

Bmm_high-res

observatory_150105Os físicos não tiram férias de verão. Ao invés disso eles vão até conferências de verão. A conferência desse ano em Estocolmo, fez uma série de anúncios que dois experimentos rodados no Large Hadron Collider do CERN fizeram a primeira observação de decaimento ultra raro do meson Bs (uma partícula composta de um bottom quark e um estranho antiquark). Você deve se perguntar quão esotérico um pedaço da informação poderia ser importante o suficiente para manter 750 físicos longe da praia. O segredo é que esse pequeno e raro processo poderia revelar a natureza profunda do universo e potencialmente resolver alguns dos maiores mistérios que nós temos.

Na verdade, o nosso entendimento da física de partículas está numa encruzilhada, e isso é o porque essa medida poderia ter tanto impacto. Nós temos uma teoria maravilhosa, o Modelo Padrão, que prevê o que nós medimos nos experimentos com grande sucesso. Só tem um porém. A teoria está incompleta, de fato impressionantemente incompleta quando você considera que ela só descreve a matéria visível que é responsável por somente 5% do universo. A matéria escura e a energia escura que constituem os outros 95% ainda são completamente misteriosas. E assim, para ser justo, estão muitas das coisas que nós podemos ver, como a preponderância da matéria sobre a anti-matéria, a gravidade, e o número preciso de partículas e forças fundamentais.

Os teóricos têm proposto uma variedade de alternativas que tentam endereçar no mínimo algumas dessas deficiências. Uma das teorias mais populares é a da supersimetria (SUSY para os íntimos). Essa teoria estende o Modelo Padrão introduzindo uma profunda simetria, ou conexão, entre as forças e a matéria. Fazendo isso, uma série de novas partículas fundamentais aparecem, uma das quais pode formar a matéria escura e outras que podem modificar as forças para unificar tudo numa super força em energias muito altas. Como atração extra essas novas partículas da SUSY podem evitar situações feias que surgem no Modelo Padrão, fornecendo cancelamentos naturais nos cálculos que outrora necessitavam de um cuidadoso ajuste para convergir em respostas sensíveis.

A SUSY faz o universo ainda mais simples e seria maravilhoso se ela fosse verdade. Infelizmente, até agora não foi possível identificar nenhum sinal de partículas da SUSY nos dados. Nossa busca para ver se a SUSY pode suplantar o modelo padrão mudou para procurar sinais da influência furtiva que ela pode exercer sobre as partículas que nós já conhecemos, e é aí que o resultado Bs ganha importância.

Os mesons Bs são criados no LArge Hadron Collider, e decaem para outras frações de partículas segundos depois. Ao sermos rápidos e espertos nós podemos observá-los em nossos experimentos. Um decaimento bem distinto ocorre quando um méson Bs produz um múon e seu gêmeo da antimatéria. Esse acontecimento é incrivelmente raro – no Modelo Padrão isso só acontece uma vez a cada bilhão de decaimentos de mésons Bs.

A taxa pode ser acelerada ou até mesmo ficar normal se nós vivêssemos num universo dominado pela SUSY. As partículas da SUY fornecem maneiras alternativas para esse decaimento acontecer, e alteraria o número que você poderia identificar experimentalmente. Contando com qual frequência esse decaimento ultra raro acontece esse resultado pode nos dizer se o mundo real se ajusta com o Modelo Padrão, ou não. Se a resposta for não, nós temos a primeira pista de que uma nova física está em ação, sendo ela a SUSY ou outra qualquer. E como nós sabemos, o Modelo Padrão não é toda a história, mas nós não sabemos ainda o que pode substituí-lo, e esse conhecimento é inestimável.

Esse é um bom plano. Contudo, ele também é lento. O processo é tão raro que para identifica-lo em centenas de trilhões de colisões próton-próton produzidas pelo Large Hadron Collider, é necessário um detector preciso, uma força de trabalho conjunta e muita paciência. E só agora, com todos os dados coletados, e com os esforços combinados de dois experimentos, o LHCb e o CMS, que o processo foi finalmente observado, quase 30 anos depois que os esforços se iniciaram. Nenhum experimento até o momento havia coletado dados suficientes para poder realizar a observação, mas quando combinados eles passam esse limite.

Então o que eles encontraram? Os experimentos viram um punhado desses decaimentos, um número que é paulada na previsão do Modelo Padrão. Essa é uma fantástica confirmação do Modelo Padrão, embora uma questão extremamente frustrante.

Você deve estar imaginando se esse resultado finalmente marca o fim da linha para a supersimetria, especialmente se você tem lido as manchetes de que a supersimetria está mutilada num hospital e nas últimas. A resposta é: não, não ainda. A SUSY é a hydra de muitas cabeças da teoria da física das partículas – notoriamente flexível, e embora o resultado exclui muitas das versões mais atrativas dela, outras variantes poderiam ainda existir. É um Modelo Padrão 1, SUSY 0, mas o jogo ainda não acabou.

As medidas dos mésons Bs nos deixa com um Modelo Padrão terrivelmente bem sucedido, e embora tenhamos aprendido mais sobre onde a nova física não está, nós ainda precisamos encontrar onde ela está. Para termos a chance de fazermos progresso nós precisamos de dados de mais e mais alta energia do Large Hadron Collider. Isso virá quando ele recomeçar em 2015, e por enquanto nós iremos trabalhar exaustivamente com os dados que nós temos atrás de algum sinal onde o Modelo Padrão possa falhar. Não teremos mais nenhuma férias de verão por enquanto.

Fonte:

http://physicsfocus.org/tara-shears-the-irresistible-rise-of-the-standard-model/

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Sérgio Sacani

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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