Cientistas talvez observem interação inédita de partículas com o bóson de Higgs

Daniele Cavalcante
·4 minuto de leitura

Uma equipe de cientistas trabalhando em um acelerador de partículas pode estar perto de observar algo inédito: a interação de uma partícula elementar (ou seja, que não possui nenhuma subestrutura) chamada múon com o bóson de Higgs. Isso poderá comprovar ainda mais a física das partículas, que propõe o Campo de Higgs como fundamental para imbuir massa às partículas elementares

Mas o que é esse bóson de Higgs?

O bóson de Higgs foi inicialmente previsto em 1964 pelo físico britânico Peter Higgs para explicar a origem da massa das outras partículas elementares, mas na época não havia condições tecnológicas para tentar comprovar a existência da partícula — isso durou até 2008, quando o Grande Colisor de Hádrons (LHC) entrou em funcionamento. Em dezembro de 2011, sua existência finalmente pode ser confirmada, completando assim a física das partículas.

Basicamente, o modelo clássico de partículas, que inclui elétrons, prótons e nêutrons, mostrou-se limitado e incapaz de explicar certos fenômenos, como o fato de elétrons possuírem massa enquanto outras partículas, como o fóton, não. O modelo “moderno” veio com partículas como quarks, elétrons, neutrinos, múons, glúons e, claro, o bóson de Higgs.

Ilustração do Bóson de Higgs decaindo no Grande Colisor de Hádrons (Imagem: Reprodução/Lucas Taylor/CMS)
Ilustração do Bóson de Higgs decaindo no Grande Colisor de Hádrons (Imagem: Reprodução/Lucas Taylor/CMS)

Entretanto, antes disso, a solução começou a surgir quando os pesquisadores apresentaram a existência de um campo invisível (assim como o campo eletromagnético, por exemplo), que hoje ficou conhecido como Campo de Higgs. Algumas partículas como os fótons não são afetadas por ele enquanto o atravessam, mas outras, como os elétrons, encontram alguma resistência ali, o que lhes confere massa. Essa foi a peça que faltava para responder uma série de questões sobre a massa das partículas.

Como talvez você já tenha deduzido, o Campo de Higgs é composto pelo bóson de Higgs. Ou melhor, ele se manifesta fisicamente através dessa partícula. Quanto maior a massa de uma partícula elementar, mais fortemente ela vai interagir ou se acoplar com o bóson de Higgs e seu campo.

Hoje, os pesquisadores já podem observar isso. Eles conseguem encontrar o Campo de Higgs quando acontece essa interação, ou acoplamento, entre o bóson e outra partícula elementar. Quando isso acontece, o bóson surge e sobrevive por pouco tempo, mas deixa marcas de sua presença e comprova que o campo realmente atribui massa para a partícula que está interagindo com ele. Desde a descoberta de Higgs, os cientistas têm procurado rastros desse fenômeno para observar.

Com a ajuda do LHC, os cientistas já podem observar, por exemplo, partículas mais leves que pares de quark, como os múons, interagindo e se acoplando ao Campo de Higgs. Só que o decaimento em dois múons no LHC é um dos mais raros que se pode detectar, e isso provaria o acoplamento múon-Higgs pela primeira vez. É exatamente isso o que os cientistas estão tentando obter.

Um evento simulado no detector de CMS, com o aparecimento do Bóson de Higgs (Imagem: Reprodução/Lucas Taylor/CERN)
Um evento simulado no detector de CMS, com o aparecimento do Bóson de Higgs (Imagem: Reprodução/Lucas Taylor/CERN)

No momento, há evidências convincentes, mas ainda não definitivas, de que o Higgs está se decompondo para o decaimento de pares de múons no LHC. Os pesquisadores encontraram um "excesso" de múons voando ao redor deste acelerador de partículas — que por sinal é o maior e o de maior energia existente do mundo e está cheio de prótons intensos em colisão. Ali, há várias maneiras de produzir múons acidentalmente em excesso, o que dificulta a tarefa de encontrar o decaimento de pares de múons através do acoplamento com o Campo de Higgs.

Mas com a ajuda de algoritmos de aprendizado de máquina, os cientistas descobriram que esse minúsculo grupo de múons “acidentais” tem apenas 0,27% de emergir por mero acaso, e há aí espaço para dizer que foi encontrado um sinal de que estamos diante de um acoplamento Higgs-múon — embora ainda não possa ser dito que está comprovado, pois há chances de que seja apenas um “ruído de fundo”. Outra equipe, trabalhando em um projeto paralelo chamado ATLAS, também encontrou uma evidência, embora com menor probabilidade.

Ainda assim, há motivo para deixar os físicos empolgados com as descobertas. Se mais dados surgirem para elevar a porcentagem de confiança nas evidências, os cientistas estarão mais perto de confirmar a relação entre a massa de uma partícula elementar, mesmo as mais leves, e o Campo de Higgs.

Infelizmente, a má notícia é que o LHC está ultrapassando os seus limites de detecção para as interações de Higgs mais leves, pois ele não é sensível o suficiente para produzir acoplamentos de elétrons o suficiente para serem medidos pelos cientistas, e ainda está muito longe para conseguir essa façanha com partículas ultraleves, como os neutrinos. Para isso, teremos que esperar os detectores dos futuros aceleradores de partículas, que deverão ser capazes de cobrir uma faixa de energia ainda mais ampla. A boa notícia é que agora os físicos conheciam a massa do Higgs, um detalhe crítico para a produção da partícula, e os futuros equipamentos deverão ser capazes de levar o estudo adiante.

Fonte: Canaltech

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