Atualidade - Física - Ciência >> LHC definido para ver além de Higgs

Quando os pesquisadores que operam o Large Hadron Collider, ou LHC, perto de Genebra descobriram o bóson de Higgs, que terminou um esforço de décadas para preencher a lacuna final no catálogo de partículas e forças da matéria físicas. Agora vem a parte mais difícil. Os físicos sabem que seu catálogo é apenas um começo; há muito mais no universo que precisa ser explicado. Mas primeira rodada dos resultados do LHC não ofereceu pistas, nenhum roteiro para se aprofundar mais além.

"Nós não sabemos como vincular o que sabemos para o que não fazer", diz Tara Shears, um físico experimental da Universidade de Liverpool, na Inglaterra.

Como um LHC atualizado começa a coletar dados de colisões de prótons de alta velocidade em 3 de junho, depois de um hiato de dois  anos, os físicos estão ansiosamente querendo saber se o segundo ato da máquina vai levar a descobertas de novas partículas e forças que adicionam páginas para o catálogo. "Estou cautelosamente otimista", diz Nathaniel Craig, um físico teórico da Universidade da Califórnia, Santa Barbara. "Há uma probabilidade significativa de algo acontecer."

Os pesquisadores dizem que dicas de nova física poderá vir sob a forma do comportamento estranho das partículas de Higgs, um pouco peculiares ou desaparecimento misterioso de energia. Esses desenvolvimentos podem aparecer logo depois de reiniciar a máquina, ou eles podem necessitar de uma década ou mais de cuidadosa análise.

Na década de 1970, os físicos conceberam o modelo padrão da física de partículas, que descreveu um conjunto de peças de quebra-cabeça - partículas e forças - e mostrou como eles poderiam se encaixam para formar um quadro coerente que descreve a natureza. No momento em que o LHC começou a sua primeira corrida experimental na primavera de 2010, os físicos descobriram todas as peças do quebra-cabeças, exceto um: o bóson de Higgs, que era necessário para explicar como algumas outras partículas adquirem massa. Dentro de pouco mais de dois anos, os físicos do LHC encontraram o Higgs e completaram o quebra-cabeça modelo padrão.

O modelo padrão descreve muito bem a matéria comum, mas não tem explicação para a grande maioria da composição do universo, que inclui coisas como a misteriosa matéria escura que domina a massa das galáxias. Qualquer achado estranho no LHC, como uma propriedade inesperada do Higgs ou um conjunto de partículas que se comportam estranhamente, poderia ter fornecido pistas para partículas e forças além do modelo padrão. No entanto, a descoberta de Higgs foi sem dúvida o único destaque inaugural de três anos de execução do LHC, decepcionando os físicos que esperavam descobertas mais surpreendentes. "O fato de que o Higgs foi a única coisa emocionante é um pouco perturbador", diz Universidade de Boston físico teórico Kenneth Lane.

A falta de desenvolvimentos não-Higgs depois de mais de um milhão de bilhões de colisões de prótons  podem parecem pressagiar o mesmo resultado uma vez que o LHC retorna à ação. No entanto, o LHC renovado não é uma recauchutagem do antigo. Durante um teste de 20 de maio para se preparar para o reinício, os físicos do LHC colidiram prótons a uma energia recorde de 13 trilhões de elétron-volts, ou 13 TeV, quase dobrando a energia das primeiras colisões da máquina em 2010. energia Superior traduz em uma melhor capacidade para produzir e detectar partículas mais maciças. Por exemplo, o gluino, uma proposta de partículas além do modelo padrão que poderia pesar em entre 1 e 2 TeV, deve ficar fora como um polegar dorido se ele existir.

Além da atualização de energia, também prótons colidirão cerca de um bilhão de vezes por segundo, contra cerca de 600 milhões de colisões por segundo, há cinco anos. A taxa de colisão aumento permitirá experimentalistas para separar mais rapidamente as assinaturas de novas partículas do barulho inevitável que surge quando o acompanhamento de um turbilhão de estilhaços subatômica.

Graças às melhorias dupla, ao longo dos próximos três anos, o LHC deverá produzir cerca de 10 vezes o número de bósons de Higgs como a aproximadamente 500 mil agitados para fora pela máquina de primeira geração (apenas uma fração desses Higgs realmente foram detectados). A eficiência impulsionou permitirá físicos meticulosamente sondar todas as propriedades da partícula e comparar as medições com as previsões do modelo padrão. A discrepância em, digamos, a taxa na qual o Higgs decai em fótons sugeriria que uma partícula ou força nova para a física está a interferir com o processo.

O Higgs poderia revelar novos física de outras maneiras também. Talvez bósons de Higgs são produzidos por partículas mais pesadas ainda a ser descobertos, diz Matt Strassler, um físico teórico da Universidade de Harvard. Ou o Higgs pode decair em partículas mais leves nunca antes visto. Com base no número limitado de bósons de Higgs observadas até agora, Strassler diz, "como muitos como 1 em cada 10 decaimentos poderia ser algo para o modelo padrão não prediz".

Os físicos não são apenas orando por indícios de nova física, Strassler salienta. Ele diz que há muito boas razões para acreditar que o LHC deve encontrar novas partículas. Por um lado, a massa do bóson de Higgs, cerca de 125.090 milhões de elétron-volts, parece precariamente baixo se o censo de partículas está verdadeiramente completo. Vários cálculos baseados na teoria ditar que a massa Higgs deve ser comparável a uma figura chamada a massa de Planck, que é cerca de 17 ordens de magnitude maior do que peso medido do bóson (SN online: 10/22/13).

Como um remédio para este problema, muitos físicos propuseram novas partículas que, essencialmente, anulam as influências que poderiam causar o bóson de massa 'para disparar. Essas teorias vêm em muitas formas e ir por muitos nomes, incluindo gêmeo Higgs e supersimetria (SN online: 10/17/13). Apesar da infinidade de opções, todas estas propostas depender da existência de partículas com massas não muito maior do que a do Higgs - uma faixa de massa que o LHC supercharged é otimizado para explorar.

Outros físicos têm grandes esperanças de que uma nova física está escondendo em blips aparentemente menores, em medições de corrida inaugural do LHC. Lane e outros teóricos estão de olho em decaimentos de partículas chamadas mésons B. Alguns decaimentos produzir, entre outras coisas, elétrons e pósitrons; outros decaimentos produzir múons, que são cerca de 200 vezes a massa de elétrons mas de resto idêntico, e antimuons. De acordo com o modelo padrão, os decaimentos B deve produzir múons tão frequentemente como elétrons. No entanto, Pista diz que várias medições sugerem que apenas três pares múon / antimuon são produzidos para cada quatro pares de elétrons e pósitrons.

Nenhuma medida isolada atende aos rigorosos critérios estatísticos dos físicos para se qualificar como uma descoberta, a pista adverte. Mas ele diz que vale a pena prosseguir se uma nova partícula ou força interage preferencialmente com múons mais de elétrons. Junto com o Prêmio Nobel Sheldon Glashow e outro colega, a pista também propôs que um méson B poderia decair em combinações tais como um elétron e um antimuon que são proibidos pelo modelo padrão. "Isso seria emocionante como o inferno", diz Lane.

Finalmente, o LHC poderia apresentar uma peça fundamental para o enigma da matéria escura. Os físicos sabem a matéria escura existe por causa de sua influência gravitacional sobre galáxias (SN:. 5/16/15, p 10), mas ninguém sabe o que este assunto misterioso é feito de porque raramente, se alguma vez, interage com a matéria comum. Algumas teorias de supersimetria prevêem que o LHC deverá produzir partículas de matéria escura. Embora nenhum detector teria sentido essas partículas, eles poderiam deixar a sua marca se a energia parece desaparecer misteriosamente após uma colisão. Strassler diz que a matéria escura ou partículas relacionadas poderia decair em matéria detectável. É provavelmente um tiro longo, mas tal detecção poderia oferecer que, ligação indescritível inestimável entre o que os físicos sabem e o que não fazer.

Forte abraço,
Prof. Sérgio Torres
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