Medição da massa do bóson W contesta previsões da física

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/04/2022

A nova medição pode abrir um buraco na teoria - mas também poderá ser corrigida por medições posteriores.
[Imagem: CDF Collaboration - 10.1126/science.abk1781]

Massa do bóson W

Uma medição de alta precisão da massa do bóson W, aproximadamente duas vezes mais precisa que a melhor medição anterior, indica que a partícula é mais pesada do que o previsto pelo modelo padrão da física de partículas - a estrutura teórica que descreve a natureza no nível mais fundamental.

Usando dados coletados pelo colisor de partículas no Fermilab, nos EUA, a massa da partícula foi estabelecida com uma precisão de 0,01% - duas vezes mais precisa que a melhor medição anterior.

A novidade é que, ao contrário das medições anteriores, que concordavam com as previsões teóricas, esta medição mais precisa desviou-se do que a teoria prevê, abrindo a possibilidade da tão esperada "nova física", fenômenos que não se encaixem no modelo padrão da física, que já se sabe ser incompleto - ou mesmo errado em muitos aspectos - por não incorporar a força da gravidade e outras teorias bem aceitas, como a energia escura e a matéria escura.

Se este resultado discrepante for confirmado por outros experimentos, ele pode destacar áreas onde o modelo padrão precisa ser melhorado ou expandido.

A expectativa é que, nos próximos anos, o experimento possa ser repetido no LHC.

Bóson W

O bóson W é partícula mensageira da força nuclear fraca, uma das forças fundamentais da física, responsável pelos processos nos núcleos dos átomos que, por exemplo, fazem o Sol brilhar e descrevem como as partículas decaem.

A massa do bóson W é um parâmetro dentro do arcabouço teórico do modelo padrão, que é limitado por outros parâmetros observáveis, como a carga do elétron e as massas das outras partículas. Assim, a medição precisa de sua massa pode fornecer uma avaliação rigorosa da consistência das previsões da teoria.

A medição, feita no Fermilab, agora deverá ser repetida no LHC.
[Imagem: Fermilab]

Na verdade, o bóson W é tão central para o modelo padrão que os físicos tentaram medir sua massa com precisão cada vez maior desde que ele foi observado pela primeira vez em 1983 - a previsão teórica de sua existência é dos anos 1960. Todas essas medições concordaram amplamente entre si, uma aparente confirmação da validade do modelo padrão.

Após quase uma década de análise de dados coletados do acelerador de partículas Tevatron, uma equipe internacional de 400 pesquisadores relatou agora a medição mais precisa da massa do bóson W até o momento, colocando-a em 80,4335 gigaelectronvolts.

A massa geralmente aceita para o bóson W é 80,379 gigaelectronvolts e, embora a discrepância possa parecer pequena, o novo valor é o mais preciso até agora, equivalente a medir seu peso corporal com uma incerteza de menos de 10 gramas.

Confirmação necessária

Mais importante, a diferença do novo valor com o valor anteriormente aceito da massa do bóson W tem uma significância estatística de cerca de 5 sigmas, correspondendo a uma probabilidade de cerca de 1 em 3,5 milhões de que essa diferença apareça devido a um acaso estatístico.

Os físicos normalmente usam 5 sigmas como o nível de significância para contar algo como uma "descoberta", mas a diferença entre a nova medição de massa e aquela prevista pelo modelo padrão é ainda maior, de 7 sigmas.

Como novo valor está de acordo com algumas medições anteriores e discrepante de outras, somente medições futuras ainda mais precisas serão capazes de confirmar o resultado.

"Embora este seja um resultado intrigante, a medição precisa ser confirmada por outro experimento, antes que possa ser totalmente interpretada," disse Joe Lykken, membro da equipe.

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