maio 27, 2022

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A massa do bóson mais alto W refere-se aos orifícios na blindagem do Modelo Padrão

A massa do bóson mais alto W refere-se aos orifícios na blindagem do Modelo Padrão
Ampliação / Ilustração de um evento candidato para um bóson W decaindo em um múon e um neutrino de colisões próton-próton, registrado pelo detector ATLAS do Large Hadron Collider em 2018.

Colaboração Atlas/CERN

O Modelo Padrão de Física de Partículas Ele resistiu a testes rigorosos após testes ao longo de muitas décadas, e Descobrindo o bóson de Higgs Em 2012, forneceu a última peça observacional do quebra-cabeça. Mas isso não impediu os físicos de procurarem persistentemente por novas físicas além do que o modelo prevê. Na verdade, sabemos que o modelo deve estar incompleto porque não incorpora a gravidade e não explica a existência de matéria escura no universo. Nem pode explicar a taxa de expansão acelerada do universo, que muitos físicos atribuem à energia escura.

A última dica sobre como o Modelo Padrão pode precisar de revisão vem de uma nova medição precisa do bóson W pela colaboração CDF II do Fermilab. Esta medição rendeu uma massa estatisticamente significativa mais alta para o bóson W do que o modelo padrão previsto – dentro de sete desvios padrão, de acordo com novo papel Publicado na revista Science. Também entra em conflito com medições de precisão anteriores da massa do bóson W.

“O valor surpreendentemente alto da massa do bóson W relatado pela CDF Collaboration desafia diretamente um elemento fundamental no coração do Modelo Padrão, no qual tanto as observações experimentais quanto as previsões teóricas foram consideradas bem estabelecidas e compreendidas”, escreveu ele no Universidade da Califórnia, Santa Bárbara.) e Martin Mulders (CERN) perspectiva acompanhante. “A descoberta… oferece uma nova e excitante perspectiva sobre a compreensão atual das estruturas fundamentais da matéria e das forças no universo.”

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Dito isto, os físicos já estiveram aqui antes: perplexos com sugestões de novas e excitantes física apenas para ver suas esperanças frustradas à medida que mais evidências surgem. Alegações extraordinárias requerem provas extraordinárias, e esta é certamente uma afirmação extraordinária. “Se isso for verdade, importa porque o Modelo Padrão estaria errado”, disse Clifford Cheung, físico do Instituto de Tecnologia da Califórnia, ao Ars. “Mas o aparente desacordo nos julgamentos exige extrema cautela.”

Modelo Padrão para partículas elementares, incluindo antipartículas.
Ampliação / Modelo Padrão para partículas elementares, incluindo antipartículas.

O Modelo Padrão descreve os blocos básicos de construção do universo e como a matéria evoluiu. Esses blocos podem ser divididos em dois grupos básicos: férmions e bósons. Os férmions compõem toda a matéria do universo, incluindo léptons e quarks. Léptons são partículas que não estão envolvidas em manter o núcleo atômico unido, como elétrons e neutrinos. Seu trabalho é ajudar a matéria a mudar através do decaimento nuclear em outras partículas e elementos químicos, usando a força nuclear fraca. Os quarks formam o núcleo atômico.

Os bósons são as ligações que mantêm outras partículas juntas. Os bósons se movem de uma partícula para outra, e isso leva ao surgimento de forças. Existem quatro bósons de medição relacionados à força. O glúon está relacionado à força nuclear forte: ele “cola” os núcleos de um átomo. O fóton carrega a força eletromagnética que faz com que a luz apareça. Os bósons W e Z carregam a força nuclear fraca e levam a diferentes tipos de decaimento nuclear. Depois, há o bóson de Higgs, que é uma manifestação do campo de Higgs. O campo de Higgs é uma entidade invisível que permeia o universo. As interações entre o campo de Higgs e as partículas ajudam a fornecer massa às partículas, com partículas que interagem mais fortemente e têm massas maiores.

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Medições experimentais e previsões teóricas da massa do bóson W.
Ampliação / Medições experimentais e previsões teóricas da massa do bóson W.

Colaboração CDF / Fermilab

O bóson W é um bloco de construção fundamental do Modelo Padrão, e melhorar as medições de sua massa ajuda os físicos a continuarem a melhorar e testar o Modelo Padrão. Mas é uma medição difícil. Como o editor da Ars Science, John Timmer Mencionado em 2012:

[The W boson] Eu fui primeira descoberta na década de 1980 no acelerador SPS do CERN, que agora faz parte LHC de alimentação da corrente do acelerador. Desde então, vários aceleradores produziram Ws suficientes para fornecer uma estimativa de sua massa, todos colocando-os acima de 80 GeV, na faixa de erro de cerca de 100 MeV…

Como não podemos detectar diretamente os bósons W com os dispositivos, os pesquisadores tiveram que adicionar a massa e a energia que são liberadas quando eles decaem. Isso inclui a energia transportada por qualquer fóton, a massa e o momento da partícula e as estimativas de qualquer energia transportada por neutrinos em movimento rápido, que passam pelos detectores sem deixar vestígios. Os erros restantes na estimativa de massa vêm de incertezas nesses vários processos.

A equipe do CDF II vasculhou 10 anos de dados registrados, totalizando cerca de 4 milhões de eventos de filtro de bóson W, e chegou a uma massa de 80,433GeV, ±0,9,4. Isso contrasta com medições anteriores da massa do bóson W, incluindo as feitas pelo CDF II em 2012 (80.387 GeV, ± 0,02) e o Atlas no CERN. em 2018 (80,370 GeV, ±19).

“É um resultado intrigante, pois não está apenas em muita tensão com o Modelo Padrão – o que por si só não seria tão ruim quanto poderia sugerir. [new] A busca por física provavelmente será realizada pelo Grande Colisor de Hádrons – mas também um pouco em estado de tensão com medições anteriores, disse o físico do Caltech Michel Babuchi ao Ars.

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