Quinta força fundamental da natureza ou nova partícula?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/04/2011

Confirmada ou não a descoberta, este já é um dos gráficos mais famosos da história da física. Mas o que ele realmente representa ainda é um incógnita.
[Imagem: CDF Collaboration]

Partícula ou força

Um grupo internacional de cientistas pode ter encontrado um novo tipo de partícula ou uma quinta força da natureza.

Se a descoberta for confirmada, o que quer que os dados estejam revelando - uma nova força ou uma nova partícula - seria algo totalmente inédito, não explicado por nenhum modelo atual da física.

De certa forma, o achado teria maior impacto do que o tão esperado Bóson de Higgs, que está sendo procurado com afinco pelos cientistas do LHC - o Bóson de Higgs é algo previsto pela teoria e totalmente esperado, enquanto uma partícula que não se encaixa no chamado Modelo Padrão da Física, ou uma quinta força da natureza, abririam perspectivas de uma física totalmente nova.

Pico inesperado

Os cientistas da chamada Colaboração CDF (Collider Detector at Fermilab), que reúne mais de 500 físicos, trabalham no Tevatron, o maior colisor de partículas dos Estados Unidos, localizado no Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory).

Tudo começou quando eles observaram um pico totalmente inesperado no gráfico que mostra o resultado das colisões entre bilhões de prótons e antiprótons.

Como energia é igual a massa, segundo a teoria de Einstein, essas colisões de altíssima energia podem trazer à existência partículas subatômicas de existência extremamente curta, que não existem nas condições usuais de temperatura e pressão - os físicos as identificam estudando suas combinações, o chamado decaimento, que produzem partículas mais familiares.

O pico no gráfico mostra um excesso de eventos nas colisões de partículas que produzem um bóson W - uma partícula 87 vezes mais pesada do que um próton -, acompanhado de dois jatos de hádrons.

A anomalia inesperada apareceu na faixa de massa de 140 GeV/c2 - foram 250 eventos que parecem estar vindo de uma partícula 160 vezes mais pesada do que o próton - uma partícula, mas uma partícula não prevista pelo Modelo Padrão da Física.

Cautela

Por enquanto, o grupo está extremamente cauteloso: durante a apresentação do trabalho, realizada na tarde desta quinta-feira no Fermilab, a expressão "se for confirmado" foi repetida à exaustão.

A significância do pico verificado foi determinado em 3,2 sigma, o que significa que há 1 chance em 1375 de o pico possa ser resultado de uma flutuação estatística aleatória.

Por outro lado, o colisor Tevatron já fez inúmeras colisões nessa faixa de energia, e o pico nunca havia sido observado. E 160 vezes a massa do próton é muito próximo da massa de dois bósons W.

Além disso, os físicos consideram ser necessário um sigma igual a 5,0 para que um evento seja considerado uma descoberta.

O colisor Tevatron, onde a provável descoberta ocorreu, está para ser desativado em Setembro, por falta de verbas.
[Imagem: Fermilab]

Não é o bóson de Higgs

Se não for uma flutuação estatística, o pico pode ser explicado por uma nova partícula, uma partícula não apenas desconhecida, mas uma que nunca havia sido prevista.

Se confirmado como uma descoberta, isso exigirá que o Modelo Padrão seja refeito, com inúmeras possibilidades de novas descobertas e novos entendimentos sobre a estrutura básica da matéria.

Os cientistas afirmam não se tratar do Bóson de Higgs, que deve estar em outra faixa - para ser o Bóson de Higgs, o pico nos dados deveria ser 300 vezes menor.

"As características deste excesso [de eventos] excluem a possibilidade de que este pico seja devido ao bóson de Higgs do Modelo Padrão ou a uma partícula supersimétrica. Em vez disso, podemos estar vendo um tipo completamente novo de força ou interação," afirmou o grupo em um comunicado.

Quinta força

Alguns modelos, ainda considerados especulativos ou "alternativos", que têm sido propostos e desenvolvidos ao longo dos últimos anos, propõem a existência de novas interações fundamentais da matéria, além das quatro forças conhecidas hoje.

Estas forças fundamentais - gravidade, eletromagnetismo, força fraca e força forte - são a base do Modelo Padrão da Física - se há de fato uma nova força, então o Modelo deve ser refeito.

Há cerca de 20 anos, Kenneth Lane, da Universidade de Boston, e Estia Eichten, do próprio Fermilab, propuseram uma teoria, chamada tecnicolor, que previa a existência de uma quinta força fundamental, muito similar à força forte, que mantém unidos os quarks no núcleo dos átomos.

Essa quinta força ficaria exatamente na faixa dos 160 GeV e, operando a energias muito mais altas do que a força forte, poderia ser a responsável pela massa das demais partículas - o que simplesmente dispensaria a existência do já tão famoso e ainda não encontrado Bóson de Higgs.

Dados, trabalho e dinheiro

A análise divulgada hoje baseia-se em 4,3 femtobarns inversos de dados. A equipe irá repetir a análise com pelo menos duas vezes mais dados para verificar se o pico - o excesso de eventos - se torna mais ou menos acentuado.

Eles têm até Setembro para coletar mais dados - o Tevatron deverá ser desativado em Setembro, por falta de recursos.

Mas os dados também poderão ser confirmados pelo LHC ou pelo DZero - os dois já têm dados coletados na faixa dos 140 GeV/c2, que deverão ser sofregamente analisados nas próximas semanas.

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