O estranho comportamento de uma partícula subatômica pode abalar a física – rts.ch

o 10 de agostoUma equipe de pesquisa anunciou novas descobertas sobre o múon, uma partícula magnética com carga negativa, semelhante ao seu primo, o elétron, mas cerca de 200 vezes mais massiva. Isso fez parte de um experimento realizado no laboratório nacional Fermi No Departamento de Energia dos EUA em Batavia, Illinois.

O logotipo da “Iniciativa Teoria Muon g-2”, que se concentra na oscilação da partícula atômica chamada Muon. [Muon g-2 TI – cern.ch]Este projeto é denominado seg g-2 (pronuncia-se “G menos dois”) usa os poderosos aceleradores do Fermilab para explorar as interações de partículas de vida curta chamadas múons com um forte campo magnético no espaço “vazio”. Os cientistas sabem que mesmo no vácuo, o espaço nunca está vazio, mas sim preenchido com um mar invisível de partículas virtuais que, de acordo com as leis da física quântica, entram e saem da existência por momentos incrivelmente curtos. A existência e a natureza destas partículas virtuais podem ser testadas utilizando feixes de partículas que se movem num campo magnético.

O experimento permitiu estudar a oscilação dos múons ao passarem por esse campo magnético. Assim como o elétron, o múon tem um pequeno ímã interno que o faz oscilar – ou tecnicamente “oscilar” – como o eixo de um pião quando está em um campo magnético.

Mas a velocidade da oscilação, medida na experiência, variou significativamente em relação às expectativas dos cientistas. Modelo Padrão de Física de Partículasa teoria que explica como Os elementos básicos A matéria interage sob a influência das quatro forças fundamentais do universo (caixa de leitura). Segundo o físico teórico Paul Dirac, o valor do múon é 2 para o fator de oscilação denominado g. Se o experimento for chamado “G-2”Isso ocorre porque os cientistas querem medir a diferença entre o que é previsto teoricamente e o que é observado na realidade: na linguagem científica, trata-se do estudo do “momento dipolo magnético anormal do múon”.

A lacuna entre expectativas e experiências

Os novos resultados, baseados em dados publicados em 2021, ainda apontam para um factor misterioso, à medida que os investigadores tentam esclarecer a lacuna entre as previsões teóricas e os resultados experimentais reais.

“Queremos ver se o múon está interagindo com algo sobre o qual nada sabemos, “disse Brendan Casey, um dos principais pesquisadores.” Pode ser qualquer coisa: novas partículas, novas forças, novas dimensões, novas características do espaço-tempo, qualquer coisa.” Cientista do Fermilab e um dos autores de um artigo sobre Resultados publicados Na revista Cartas de Revisão Física.

Brendan Casey acrescentou: “Eu adoro a loucura, então espero que seja uma violação de Lorentz ou alguma outra nova propriedade do próprio espaço-tempo. Isso seria uma loucura e revolucionário.” O físico aponta para um princípio chamado invariância de Lorentz, segundo o qual as leis da física são as mesmas em todos os lugares.

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“Sim, é justo dizer que isto pode apontar para partículas ou forças desconhecidas”, diz Rebecca Chislett, física da University College London e coautora do estudo. “Atualmente, nos novos resultados gerados pela comunidade de théoriciens, é difícil encontrar a diferença exata entre as duas portas – para sustentar as luas e para observar -, mas os théoriciens e théoriciens travailent d’arrache-pied for resoudre This é o problema.

Teoria incompleta?

O múon não se comporta como a teoria prevê. Para o professor Tobias Gölling, do Departamento de Física de Partículas da Universidade de Genebra, há duas possibilidades para explicar a discrepância observada: “Isso pode indicar que temos novas partículas que ainda não descobrimos. .” Na física de partículas com o LHC, no CERN, o Grande Colisor de Hádrons: lá, estamos tentando descobrir novas partículas como fizemos décadas atrás com o bóson de Higgs. Temos essa sensibilidade e a diferença pode indicar que a teoria não é boa: falta alguma coisa”, afirmou ao site RTSinfo.

>> Ouça as explicações completas de Tobias Golling:

“Nossa teoria é ótima e pode descrever todas as partículas fundamentais, mas só pode descrever 5% do conteúdo do universo. Ela ignora a matéria escura e a energia escura. Portanto, temos bons motivos para testar essa teoria. A segunda razão poderia ser se a teoria ou previsão não é boa e, de fato, há dois campos de teóricos que estão tentando prever esse valor 2, ou corrigir esse valor 2. Eles se baseiam em outras medições e fazem extrapolações que apresentam “grandes incertezas. A segunda iniciativa tenta confiar na teoria pura e em extensos cálculos computacionais. O problema é que também existe uma lacuna entre as duas expectativas. “.

>> Sobre a matéria escura, a energia escura e a expansão acelerada do universo, leia também: Euclides desafiaria a relatividade geral de Einstein

Os múons foram lançados na velocidade da luz

O experimento foi conduzido a -268°C. A equipe de pesquisa enviou os feixes de múons para um anel de armazenamento magnético supercondutor em forma de rosca com um diâmetro de quinze metros (veja a imagem no topo do artigo). À medida que os múons orbitavam o anel próximo à velocidade da luz, eles interagiam com outras partículas subatômicas, como pequenos parceiros de dança, alterando suas oscilações.

Os resultados de 2021 também apresentaram oscilação anormal. Os novos resultados baseiam-se em quatro vezes mais dados, aumentando a confiança nas conclusões: “Com todo este novo conhecimento, o resultado ainda é consistente com os resultados anteriores, o que é muito entusiasmante”, disse Rebecca Chislett, entusiasmada.

Se os múons são usados, é porque os cientistas sabem como medi-los: “Podemos produzi-los com razoável facilidade e também podemos detectá-los facilmente porque não se decompõem imediatamente. [ndlr. Ils ont une durée de vie de 2,2 microsecondes]. Não existem muitas partículas que possam ser gerenciadas desta forma”, observa Tobias Golling.

Outras experiências para fazer

Os cientistas esperam anunciar suas conclusões finais usando todos os dados coletados em cerca de dois anos: “O experimento mede a velocidade de rotação de múons em um campo magnético. O conceito é simples. Mas para alcançar a precisão necessária, são necessários anos de construção. o experimento e a coleta de dados.” Coletamos dados de 2018 a 2023. O novo resultado é baseado em nossos dados de 2019 e 2020”, observa Brendan Casey.

Há algo muito fundamental que nos falta, o que é muito interessante.

“Precisamos ter paciência, porque precisamos das previsões do Modelo Padrão para podermos aproveitar ao máximo os nossos dados”, acrescenta. “Também estamos muito confusos porque existem diferentes formas de prever o que a nossa experiência deveria ver, mas elas não concordam. Portanto, há algo muito fundamental que nos falta, o que é muito interessante.”

O problema do múon de Berna

O misterioso múon será o foco das discussões conduzidas por especialistas da área na Universidade de Berna, de 4 a 9 de setembro, Sexto workshop geral de’Iniciativa da teoria do múon g-2: Mais uma vez, os cientistas que trabalham na teoria e na experimentação compararão as suas visões.

Os múons podem coletar amostras de partículas e interações, bem como explorar o Modelo Padrão que descreve nosso universo. Este modelo não parece completo: falha visivelmente em compreender se e como a gravidade funciona em escalas muito pequenas, nem resolve o mistério da expansão acelerada do universo, que também interessa à astrofísica: “Deixemos a teoria nos guiar -“ Existem ideias, por exemplo, a supersimetria – ou a nova tendência é usar a inteligência artificial para se guiar pelos dados”, observa Tobias Gölling.

O múon pode ser uma parte importante do surgimento de uma nova física. Mas é muito cedo para acreditar nisso porque, em particular, é necessário recolher mais dados e melhorar a precisão das medições.

>> Vídeo em inglês do canal público americano PBS falando sobre os resultados do experimento Muon g-2 em 2021:

Stéphanie Jacquet e Reuters