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Físicos esperam detectar novas partículas no LHC

Com informações da Agência Fapesp - 23/08/2014

Novas partículas elementares

A operação do Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (Cern), na Suíça, poderá contribuir, a partir de 2015, para a descoberta de partículas elementares ainda não observadas experimentalmente e testar teorias que ultrapassam o conhecimento da Física atual.

A avaliação foi feita por pesquisadores participantes de um evento internacional realizado nesta semana no Instituto de Física Teórica da Unesp (Universidade Estadual Paulista), em São Paulo.

O objetivo do evento foi analisar e discutir os dados obtidos nos experimentos realizados no LHC nos últimos anos, quando o colisor operou com energia de 8 teraelétrons-volt (TeV) - equivalente a 8 trilhões de elétrons-volt.

Os físicos de vários países avaliaram as possibilidades de novas descobertas que poderão ser feitas a partir de 2015, quando será aumentada a intensidade dos feixes de prótons e a energia no centro de massa do maior acelerador de partículas do mundo para algo entre 13 e 14 TeV.

"Pretendemos identificar nos experimentos no LHC sinais de uma nova Física, detectando novas partículas elementares e testando hipóteses não previstas pelo Modelo Padrão," disse Mariano Quirós, pesquisador do Instituto de Física de Altas Energias (Ifae) da Universidade Autônoma de Barcelona.

O Modelo Padrão é a teoria construída nos últimos 50 anos para descreve as interações forte, fraca e eletromagnética das partículas fundamentais que constituem toda a matéria.

Descoberta partícula subatômica que não se encaixa no Modelo Padrão

De acordo com Quirós, as predições do Modelo Padrão da física de partículas foram exaustivamente testadas e comprovadas nas últimas décadas por meio de dados experimentais, como os obtidos no próprio LHC.

O bóson de Higgs (partícula subatômica postulada em 1964 pelo físico britânico Peter Higgs), detectado no LHC em julho de 2012, era o último elemento que faltava para validar a teoria.

Além das teorias atuais

Apesar do êxito, o Modelo Padrão apresenta deficiências que levam os físicos teóricos e experimentais a considerar a possibilidade da existência de uma nova Física, apontou Quirós.

"O Modelo Padrão prediz muitos fenômenos e partículas, mas não aponta a origem deles e não responde a uma série de questões. Isso faz com que tenhamos um certo pessimismo em relação a essa teoria e nos leva a acreditar que exista uma nova Física", avaliou.

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Uma das lacunas do Modelo Padrão é não prever a existência de partículas como a matéria escura, responsável por cerca de 25% da densidade de energia do Universo.

A teoria também não aponta qual é a massa dos neutrinos - partículas subatômicas sem carga elétrica que interagem com outras apenas por meio da interação gravitacional e da interação fraca - e não leva em conta a gravidade nas interações entre as partículas.

"O Modelo Padrão nos fornece muito mais predições do que parâmetros que possamos seguir para confirmá-las", afirmou Quirós.

Supersimetria

A fim de tentar solucionar esses problemas, alguns físicos teóricos começaram a propor nas últimas quatro décadas novas teorias, como a da Supersimetria.

Proposta no início da década de 1970, a teoria da Supersimetria prevê que para cada bóson (reponsável por transmitir as forças da natureza) existe um férmion (tal como quarks, elétrons e neutrinos) correspondente, com a mesma massa e números quânticos internos, e vice-versa.

Se comprovada a teoria, o número de partículas elementares conhecidas hoje cresceria significativamente, que é o que pode acontecer com a operação do LHC com maior energia a partir de 2015, quando os feixes de prótons do colisor serão acelerados a mais de 99,99999% da velocidade da luz.

"Pode ser que, com a energia de 8 TeV com que o colisor operou nos últimos anos, não tenha sido possível produzir novas partículas previstas pelas teorias supersimétricas", disse Eduardo Pontón, um dos organizadores do evento.

"O aumento da energia no centro de massa do LHC pode ajudar a encontrar essas novas partículas, que podem ser similares ao bóson de Higgs. Se confirmada a existência dessas partículas, será possível estender o Modelo Padrão", avaliou Pontón.

De acordo com o pesquisador, o aumento da energia do LHC também possibilitará medir alguns fenômenos com maior precisão e, com isso, inferir a existência de partículas não detectáveis no colisor.

"É possível que existam partículas muito pesadas para serem produzidas diretamente no LHC, mas que tenham efeito indireto nas medidas feitas a partir de 2015", explicou Pontón.

"Se realizarmos essas medidas com precisão, pode ser que seja possível inferir a existência dessas partículas e isso motivaria a construção de um acelerador com muito mais energia do que o LHC", disse.

Além do LHC

Um grupo de pesquisadores dos Estados Unidos, Europa, Japão e China já discute a possibilidade de construção de um acelerador de partículas similar ao LHC, porém com energia quase 10 vezes maior, de 100 TeV, por exemplo.

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Outra possibilidade em discussão é a construção de um colisor diferente do LHC, projetado não para colisões de prótons, mas de elétrons, que, apesar de ter menor energia, permitiria realizar medidas com maior precisão, disse Pontón.

"Essas duas possibilidades estão sendo discutidas, mas ainda não há nada decidido. Esses projetos levariam muito tempo e necessitarão de cooperação internacional para serem realizados", disse Pontón.