Uma nova e surpreendente dualidade foi descoberta na física teórica de partículas. A dualidade existe entre dois tipos de processos de espalhamento que podem ocorrer nas colisões de prótons feitas no Grande Colisor de Hádrons do CERN na Suíça e na França. O fato de que essa conexão pode, surpreendentemente, ser feita aponta para o fato de que há algo nos intrincados detalhes do modelo padrão da física de partículas que não é totalmente compreendido. O modelo padrão é o modelo do mundo em escala subatômica que explica todas as partículas e suas interações, portanto, quando surgem surpresas, há motivo para atenção. O artigo científico está agora publicado na Physical Review Letters.
Dualidade na física
O conceito de dualidade ocorre em diferentes áreas da física. A dualidade mais conhecida é provavelmente a dualidade partícula-onda na mecânica quântica. O famoso experimento da dupla fenda mostra que a luz se comporta como uma onda, enquanto Albert Einstein recebeu seu prêmio Nobel por mostrar que a luz se comporta como uma partícula.
O estranho é que a luz é, na verdade, ambos e nenhum dos dois ao mesmo tempo. Existem simplesmente duas maneiras de olhar para essa entidade, a luz, e cada uma vem com uma descrição matemática. Ambos com uma ideia intuitiva completamente diferente, mas ainda descrevem a mesma coisa.
“O que descobrimos agora é uma dualidade semelhante”, explica Matthias Wilhelm, professor assistente da Niels Bohr International Academy. “Calculamos a previsão para um processo de espalhamento e para outro processo de espalhamento.
Nossos cálculos atuais são menos tangíveis experimentalmente do que o famoso experimento da fenda dupla, mas há um mapa matemático claro entre os dois, e isso mostra que ambos contêm a mesma informação. Eles estão ligados, de alguma forma.”
Teoria e experimentos andam de mãos dadas
O Large Hadron Collider colide muitos prótons – nesses prótons, há muitas partículas menores, as partículas subatômicas glúons e quarks.
Na colisão, dois glúons de prótons diferentes podem interagir e novas partículas são criadas, como a partícula de Higgs, resultando em padrões intrincados nos detectores.
Os pesquisadores mapeiam como esses padrões se parecem, e o trabalho teórico feito em relação aos experimentos visa descrever precisamente o que se passa em termos matemáticos, a fim de criar uma formulação geral, bem como fazer previsões que possam ser comparadas com os resultados de os experimentos.
“Calculamos o processo de espalhamento para dois glúons interagindo para produzir quatro glúons, bem como o processo de espalhamento para dois glúons interagindo para produzir um glúon e uma partícula de Higgs, ambos em uma versão ligeiramente simplificada do modelo padrão. descobriu que os resultados desses dois cálculos estão relacionados.Um caso clássico de dualidade.De alguma forma, a resposta para a probabilidade de um processo de espalhamento acontecer traz consigo a resposta para a probabilidade de o outro processo de espalhamento acontecer. O estranho sobre essa dualidade é que não sabemos por que existe essa relação entre os dois processos de espalhamento diferentes. Estamos misturando duas propriedades físicas muito diferentes das duas previsões, e vemos a relação, mas ainda é um pouco um mistério onde está a conexão”, diz Matthias Wilhelm.
O princípio da dualidade e sua aplicação
De acordo com o entendimento atual, os dois não devem estar conectados – mas com a descoberta dessa surpreendente dualidade, a única maneira adequada de reagir a ela é investigar mais.
Surpresas sempre significam que há algo que agora sabemos que não entendemos. Após a descoberta da partícula de Higgs em 2012, nenhuma nova partícula sensacional foi descoberta. A maneira como esperamos detectar a nova física agora é fazer previsões muito precisas sobre o que esperamos que aconteça, depois compará-las com medidas muito precisas sobre o que a natureza nos mostra e ver se podemos encontrar desvios.
Precisamos de muita precisão, tanto experimental quanto teoricamente. Mas com mais precisão vêm cálculos mais difíceis. “Então, onde isso pode estar levando é trabalhar para ver se essa dualidade pode ser usada para obter uma espécie de ‘milhagem’, porque um cálculo é mais simples que o outro – mas ainda dá a resposta para o mais complicado cálculo”, explica Matthias Wilhelm.
“Então, se pudermos nos contentar em usar o cálculo simples, podemos usar a dualidade para responder à pergunta que, de outra forma, exigiria cálculos mais complicados – mas então realmente precisamos entender a dualidade. É importante notar, porém, que não estamos Mas geralmente, as questões que surgem do comportamento inesperado das coisas são muito mais interessantes do que um resultado ordenado e esperado.”
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