Evidências de uma nova força fundamental da natureza podem ter sido encontradas

Evidências de uma nova força fundamental da natureza podem ter sido encontradas

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 24 de Março de 2021 às 14h10
Schooled by Science

Uma equipe de físicos no acelerador de partículas da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN) está "cautelosamente otimista" sobre possíveis evidências de uma nova partícula fundamental. Se a descoberta for comprovada, talvez possamos finalmente contemplar a descoberta que os físicos têm buscado por décadas: um novo e mais completo modelo para a física das partículas.

Embora o Modelo Padrão da física de partículas seja o melhor para descrever o universo, os cientistas ainda estão em busca de algo além, uma nova partícula — ou mesmo uma nova física — capaz de explicar mistérios como a matéria escura e conciliar a Teoria da Relatividade Geral com a mecânica quântica. O acelerador de partículas Large Hadron Collider (LHC) foi inaugurado há mais de dez anos na esperança de encontrar pistas que levassem a alguma descoberta nesse sentido, mas poucos avanços se concretizaram.

Isso não significa que o LHC não rendeu bons frutos. Em 2012, por exemplo, físicos que trabalhavam em colaboração com este grande acelerador de partículas anunciou a confirmação da existência do bóson de Higgs, um grande passo para a física atual. Este bóson foi predito inicialmente em 1964 pelo físico Peter Higgs, mas não foi possível comprovar sua existência até o funcionamento do LHC. Entretanto, essa descoberta reforçou o que já se previa sobre o Modelo Padrão da física, e o projeto não trouxe pistas para outras novidades.

Quer ficar por dentro das melhores notícias de tecnologia do dia? Acesse e se inscreva no nosso novo canal no youtube, o Canaltech News. Todos os dias um resumo das principais notícias do mundo tech para você!

Bem, esse cenário parece estar prestes a mudar. É que na última segunda-feira, uma equipe de pesquisadores publicou um artigo muito animador — e extremamente cauteloso, para evitar expectativas e conclusões precipitadas. De acordo com o estudo, ainda aguardando revisão de pares, pode ser que estejamos diante de evidências de algo incrivelmente revolucionário: uma nova força da natureza. Desnecessário ressaltar que as conclusões ainda precisam ser analisadas com cuidado e os experimentos devem ser replicados à exaustão, até que não reste nenhuma dúvida sobre a descoberta.

Como uma anomalia desafia o Modelo Padrão

Gráfico que ilustra o Modelo Padrão da física das partículas (Imagem: Reprodução/MissMJ/Wikimedia Commons)

Antes de mais nada, o Modelo Padrão resistiu a décadas de testes, e não seria prudente modificá-lo de um dia para o outro, com base em evidências frágeis. Mas os experimentos repetidos no acelerador de partículas estão mostrando resultados semelhantes, e isso traz um certo grau de confiança para que a equipe prossiga neste estudo. Mas do que se trata essa nova força? Para compreender, é preciso lembrar que o Modelo Padrão descreve cada partícula que conhecemos e como essas partículas interagem entre si por meio das seguintes forças fundamentais:

  • Eletromagnetismo (responsável pela luz, eletricidade, ímãs)
  • A força nuclear forte (responsável por manter tudo unido)
  • A força nuclear fraca (responsável pela radioatividade)

Para cada uma dessas forças, existe uma partícula intermediadora. Fótons são as partículas intermediadoras das forças eletromagnéticas, assim como os gluons são as da força forte e os bósons pesados são os da força fraca. Contudo, todos os blocos de construção da matéria que conhecemos são formados pelas duas categorias: bósons ou férmions. E toda a matéria que compõe um corpo consiste em apenas três férmions: dois quarks e um elétron. Existem seis tipos de quarks no Modelo Padrão, mas apenas dois deles — os mais leves — formam prótons e nêutrons.

Resumindo, se juntarmos alguns prótons e nêutrons com alguns elétrons, temos os átomos. Juntando alguns átomos, temos a matéria. Isso resumo tudo o que conhecemos sobre toda e qualquer matéria do universo, mas os cientistas sabem que existem outras coisas que ainda não foram capazes de encontrar. É aí que entra a suposta nova força fundamental. Alguns tipos de quarks são instáveis ​​e podem se decompor em outras partículas, inclusive o decaimento de algo chamado quarks beleza em múons ou elétrons, produzindo ambos em quantidades iguais. No entanto, os novos experimentos parecem sugerir que isso pode não acontecer.

Quando os quarks se chocam no acelerador de partículas, acontece o inesperado: eles produzem quantidades desiguais de elétrons e múons 
(Imagem: Reprodução/CERN/LHCb)

Se isso for comprovado, o comportamento pode ser movido por uma nova partícula ou nova força fundamental poderia estar envolvida, porque essas interações estranhas não são explicadas pelo Modelo Padrão. Curiosamente, esse fenômeno foi observado antes, em 2014, por uma equipe de físicos no LHC. Os quarks beleza, que são medidos pelo acelerador de partículas, teriam decaído de maneiras inesperadas. Entretanto, é preciso analisar anomalias como essa com muita cautela, por isso nenhuma conclusão foi anunciada na época.

Para ser mais específico, os quarks de beleza pareciam decair em múons com menos frequência do que decaiam em elétrons, o que é estranho, pois o decaimento deveria ser em igualdade — a mesma quantidade de múons e elétrons. A única explicação para uma taxa diferente é a presença de partículas nunca vistas antes, influenciando no decaimento, talvez intermediando uma força jamais vista antes. Desde 2014, várias outras anomalias foram anotadas, porém cada uma sutil demais para que os pesquisadores “batessem o martelo” na questão.

Observando o cenário em retrospecto e analisando os casos em conjunto, a conclusão de que os cientistas estavam diante de uma descoberta revolucionária é atraente. Mas a equipe sabe que é necessário um grau de convicção muito grande para estabelecer novas regras para a física — especificamente cinco sigmas, e tudo o que os pesquisadores têm por enquanto é três sigmas (sigmas são um conjunto de práticas científicas para determinar o grau de segurança sobre uma evidência ou descoberta). Isso significa que há uma chance em 1.000 de que a medição da anomalia seja uma coincidência estatística. Um sigma 5 indica uma chance em 3,5 milhões.

Entusiasmo cauteloso

Cartaz do São Paulo Research and Analysis Center sobre o Modelo Padrão e as forças elementais da natureza (Imagem: Reprodução/São Paulo Research and Analysis Center)

Será que estas são evidências de uma nova física? Ninguém pode dizer, ao menos por enquanto. Há muitas medições sendo realizadas no LHC, e é difícil detectar alguma coisa que nunca foi encontrada antes. É possível que anomalias aconteçam por alguma interferência, e os cientistas sabem que há chances de estarem diante de um viés de seleção — que é quando há uma falha na seleção de informações e objetos de estudo, principalmente quando o pesquisador já está em busca de algo específico.

Mas como comprovar a existência de algo que ainda é tão sutil para o maior acelerador de partículas do mundo? Talvez a próxima atualização do LHC, que aumentará drasticamente a taxa de registro de colisões e, talvez, implicará em detecções de uma força desconhecida. Mesmo nesse caso, cientistas de todo o mundo estarão prontos para colocar à prova a nova força ou partícula hipotética. Apenas quando um experimento independente do estudo atual obter os mesmos resultados, a hipótese terá chances de se tornar uma teoria.

Mitesh Patel, físico de partículas do Imperial College London e um dos líderes do experimento no LHC, disse que “estava realmente tremendo”, ao descrever a sensação ao se deparar com os novos resultados. “Percebi que esta foi provavelmente a coisa mais emocionante que fiz em meus 20 anos na física de partículas”, concluiu. A emoção não é exagerada, já que estamos falando de uma provável revolução na física, capaz de descoberta pode abrir as portas — ou ao menos uma fresta — para desvendar uma série de mistérios do universo.

Fonte: Astronomy

Gostou dessa matéria?

Inscreva seu email no Canaltech para receber atualizações diárias com as últimas notícias do mundo da tecnologia.