Decaimento ultra-raro de partícula acena com uma nova física

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/09/2024

Este decaimento é um dos mais promissores para levar a física além do que sabemos hoje.
[Imagem: CERN]

Decaimento dos káons

Cientistas do CERN, a instituição que dirige o colisor LHC, conseguiram observar pela primeira vez um processo muito raro de decaimento de partículas, mas que trouxe uma surpresa: O decaimento parece ser menos raro do que a teoria prevê.

E como é uma diferença muito grande - 50% a mais -, se novas medições mais precisas no futuro confirmarem a probabilidade mais elevada desse decaimento, isso significará que a teoria atual não está completa, abrindo um novo caminho para encontrar uma física que vai além da nossa compreensão de como os blocos de construção da matéria interagem.

Uma das equipes que trabalha no CERN, chamada Colaboração NA62, conseguiu a primeira observação experimental do decaimento de um káon carregado em um píon carregado e um par neutrino-antineutrino.

Nova física

Os káons são produzidos por um feixe de prótons de alta intensidade fornecido pelo acelerador SPS (Super Próton Síncrotron), colidindo com um alvo estacionário. Isso cria um feixe de partículas secundárias com quase um bilhão de partículas por segundo, cerca de 6% das quais são káons carregados, que então voam para o detector NA62. O detector identifica e mede precisamente cada káon e seus produtos de decaimento, exceto neutrinos, que "aparecem" como uma ausência de energia.

O modelo padrão da física de partículas, que explica como as partículas interagem, prevê que menos de um em 10 bilhões de káons decairá dessa forma.

O problema é que os sinais coletados apresentaram-se a uma taxa 50% maior do que o previsto: A fração de káons que decaíram em um píon e um par matéria-antimatéria de neutrinos alcançou cerca de 13 em 100 bilhões.

Esse excesso pode ser devido a novas partículas, ainda não conhecidas, que aumentam a probabilidade desse decaimento, mas mais dados são necessários para confirmar essa hipótese. O experimento NA62 continua coletando dados e os cientistas esperam confirmar ou descartar a presença de uma nova física nesse decaimento nos próximos anos.

Esse decaimento dos káons atrai grande interesse porque ele é muito sensível a novas físicas, que vão além da descrição tradicional do modelo padrão, que é a física que aprendemos na escola. Isso torna este decaimento um dos processos mais interessantes para buscar evidências de coisas que não sabemos.

Esquema do experimento NA62.
[Imagem: NA62/CERN]

Káons e píons

Assim como os prótons e nêutrons, os káons são hádrons, ou seja, partículas compostas por quarks. A característica fundamental de um káon é que ele é formado por um quark estranho (ou um antiquark estranho) e outro quark, geralmente um quark para cima ou para baixo. Essa combinação peculiar confere aos káons propriedades únicas e ainda não bem compreendidas.

Uma das propriedades mais notáveis dos káons é a sua participação na violação da simetria CP (carga-paridade). Essa violação implica que as partículas não se comportam exatamente do mesmo modo que suas antipartículas, contestando uma das simetrias fundamentais da natureza.

Já os píons são partículas que funcionam como uma "cola" para manter os quarks juntos - eles são considerados os mensageiros da força forte, que mantém coeso o núcleo atômico.