Dois pontos em um gráfico do CERN levantaram uma pergunta que parece saída da ficção científica. Será que uma colisão de partículas pode deixar pistas de uma dimensão do espaço que a gente nunca conseguiu perceber?

A história começa no LHC, um anel de 27 quilômetros onde feixes de prótons circulam em sentidos opostos até colidir. Nessas colisões, quarks e glúons energéticos podem dar origem a jatos, cascatas de partículas que seguem em direções próximas. O detector CMS mede a energia e a direção dessas partículas. Com essas informações, os físicos calculam a massa que teria uma partícula da qual elas vieram.

Nos dados do Run 2, dois eventos chamaram atenção. Cada um tinha quatro jatos com massa reconstruída total perto de 8 TeV. Quando os jatos foram agrupados em dois pares, a massa média dos pares ficou próxima de 2 TeV. Esse arranjo é compatível com uma sequência intrigante. Uma partícula pesada poderia ter decaído em duas mais leves, cada uma produzindo dois jatos. Colisões descritas pela física conhecida também podem gerar quatro jatos, então é preciso olhar para o conjunto dos dados.

Como uma dimensão extra entra nessa história? Pense numa formiga andando sobre um fio. De longe, o fio parece uma linha. De perto, a formiga pode caminhar ao longo dele e também dar a volta. A analogia ajuda a imaginar uma direção que só se revela na escala certa. Na hipótese discutida no vídeo, essa direção se somaria às três dimensões espaciais conhecidas e ao tempo, formando um espaço-tempo de cinco dimensões.

No cenário de Randall-Sundrum, essa dimensão espacial adicional teria uma geometria curvada. Em certas extensões do modelo, campos de partículas podem se propagar por ela e assumir modos diferentes, como uma corda de violão que pode vibrar de várias maneiras. Esses modos, conhecidos como excitações de Kaluza-Klein, apareceriam para nós como estados com massas diferentes. O padrão de massas seria uma forma de investigar a geometria que os produziu.

É essa a hipótese que Alain Le Yaouanc e François Richard exploram ao reinterpretar os dados do CMS. Eles propõem glúons pesados com massas de 3,6 e 8,6 TeV. O candidato de 8,6 TeV seria uma possível explicação para os dois eventos extremos. O de 3,6 TeV estaria associado a outro excesso nos dados.

A força estatística do sinal muda quando a análise considera toda a região pesquisada. O excesso chegou a 3,9 sigma de significância local e a 1,6 sigma de significância global. Se você procura em muitas faixas de massa, o acaso tem mais oportunidades de produzir um resultado chamativo em alguma delas.

O CMS também procurou eventos semelhantes numa análise parcial do Run 3, com dados de 2024. A busca passou pela faixa de 8 TeV sem encontrar novos eventos naquela amostra. Para avançar, os físicos precisam ver o padrão reaparecer nas massas previstas e medir como as partículas candidatas decaem. Um resultado compatível em outro detector ajudaria a distinguir uma flutuação de um sinal que pode ser reproduzido.

No vídeo, eu mostro como se passa de quatro jatos a uma hipótese sobre a estrutura do espaço. Os dois pontos que abriram a investigação continuam lá. Quando mais colisões entrarem na análise, é para esse mesmo gráfico que os físicos vão voltar.

Estudo de Le Yaouanc e Richard
https://arxiv.org/abs/2610.31458

Análise do CMS no Run 2
https://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/EXO-21-010/

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