Os resultados preliminares de dois experimentos sugerem que algo pode estar errado com a maneira básica como os físicos pensam que o universo funciona, uma perspectiva que deixa o campo da física de partículas confuso e intrigado.
Partículas minúsculas chamadas múons não estão fazendo exatamente o que se espera delas em dois experimentos diferentes de longa duração nos Estados Unidos e na Europa. Os resultados confusos – se provados corretos – revelam os principais problemas com o livro de regras que os físicos usam para descrever e compreender como o universo funciona no nível subatômico.
“Achamos que podemos estar nadando em um mar de partículas de fundo o tempo todo que não foram descobertas diretamente”, disse o cientista-chefe do experimento do Fermilab, Chris Polly, em uma entrevista coletiva. “Pode haver monstros que ainda não imaginamos que estão emergindo do vácuo interagindo com nossos múons e isso nos dá uma janela para vê-los.”
O livro de regras, denominado Modelo Padrão, foi desenvolvido há cerca de 50 anos. Experimentos realizados ao longo de décadas afirmaram repetidamente que suas descrições das partículas e das forças que compõem e governam o universo eram bastante acertadas. Até agora.
“Novas partículas, nova física podem estar além de nossa pesquisa”, disse o físico de partículas da Wayne State University, Alexey Petrov. “É tentador.”
O Fermilab, do Departamento de Energia dos Estados Unidos, anunciou na quarta-feira resultados de 8,2 bilhões de corridas ao longo de uma pista fora de Chicago que, embora chame a maioria das pessoas, tem físicos em atividade: os campos magnéticos dos múons não parecem ser o que o Modelo Padrão diz que deveriam ser. Isso segue os novos resultados publicados no mês passado pelo Grande Colisor de Hádrons do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear, que encontrou uma proporção surpreendente de partículas após colisões em alta velocidade.
Se confirmados, os resultados dos EUA seriam a maior descoberta no bizarro mundo das partículas subatômicas em quase 10 anos, desde a descoberta do bóson de Higgs, muitas vezes chamado de “partícula de Deus”, disse Aida El-Khadra, da Universidade de Illinois, que trabalha com física teórica para o experimento do Fermilab.
O objetivo dos experimentos, explica o físico teórico David Kaplan da Universidade Johns Hopkins, é separar as partículas e descobrir se há “algo inusitado acontecendo” tanto com as partículas quanto com o espaço aparentemente vazio entre elas.
“Os segredos não vivem apenas na matéria. Eles vivem em algo que parece preencher todo o espaço e tempo. Esses são campos quânticos”, disse Kaplan. “Estamos colocando energia no vácuo e vendo o que sai.”
Ambos os conjuntos de resultados envolvem a partícula estranha e fugaz chamada múon. O múon é o primo mais pesado do elétron que orbita o centro de um átomo. Mas o múon não faz parte do átomo, ele é instável e normalmente existe por apenas dois microssegundos. Depois que foi descoberto em raios cósmicos em 1936, ele confundiu tanto os cientistas que um famoso físico perguntou: “Quem ordenou isso?”
“Desde o início estava fazendo os físicos coçarem a cabeça”, disse Graziano Venanzoni, físico experimental de um laboratório nacional italiano, que é um dos principais cientistas do experimento do Fermilab nos Estados Unidos, chamado Muon g-2.
O experimento envia múons por uma trilha magnetizada que mantém as partículas existentes por tempo suficiente para que os pesquisadores as examinem mais de perto. Os resultados preliminares sugerem que o “spin” magnético dos múons está 0,1% fora do que o modelo padrão prevê. Isso pode não parecer muito, mas para os físicos de partículas é enorme – mais do que o suficiente para derrubar o entendimento atual.
Os pesquisadores precisam de mais um ou dois anos para terminar de analisar os resultados de todas as voltas ao redor da pista de 14 metros. Se os resultados não mudarem, será uma grande descoberta, disse Venanzoni.
Separadamente, no maior destruidor de átomos do mundo no CERN, físicos têm jogado prótons uns contra os outros para ver o que acontece depois. Um dos vários experimentos separados dos aceleradores de partículas mede o que acontece quando partículas chamadas de beleza ou quarks bottom colidem.
O modelo padrão prevê que essas colisões de quarks de beleza devem resultar em números iguais de elétrons e múons. É como jogar uma moeda mil vezes e obter o mesmo número de caras e coroas, disse Chris Parkes, chefe do experimento de beleza do Large Hadron Collider.
Mas não foi isso que aconteceu.
Os pesquisadores analisaram os dados de vários anos e alguns milhares de acidentes e encontraram uma diferença de 15%, com significativamente mais elétrons do que múons, disse o pesquisador Sheldon Stone, da Syracuse University.
Nenhum dos experimentos está sendo chamado de descoberta oficial ainda porque ainda há uma pequena chance de que os resultados sejam peculiaridades estatísticas. Executando os experimentos mais vezes – planejado em ambos os casos – poderia, em um ou dois anos, atingir os requisitos estatísticos incrivelmente rigorosos para a física saudar a descoberta, disseram os pesquisadores.
Se os resultados se mantiverem, eles derrubarão “todos os outros cálculos feitos” no mundo da física de partículas, disse Kaplan.
“Este não é um fator de fudge. Isso é algo errado”, disse Kaplan. Esse algo pode ser explicado por uma nova partícula ou força.
Ou esses resultados podem ser erros. Em 2011, uma estranha descoberta de que uma partícula chamada neutrino parecia viajar mais rápido do que a luz ameaçou o modelo, mas acabou sendo o resultado de um problema de conexão elétrica solta no experimento.
“Verificamos todas as nossas conexões de cabo e fizemos o que pudemos para verificar nossos dados”, disse Stone. “Estamos confiantes, mas nunca se sabe.”
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