O mundo dos pequeninos, o reino quântico, poderia ter um sabor favorito.
Não estamos falando de casquinhas de sorvete, é claro. O mundo das partículas é dividido em três campos, chamados "sabores" (não pergunte o porquê). Por exemplo, os elétrons representam um sabor e existem duas outras partículas com propriedades quase idênticas, o múon e o tau, que têm seus próprios sabores. Há muito que suspeitamos - mas não provamos - que todos os três sabores devem estar em pé de igualdade.
Mas, infelizmente, anos de experiências com colisor estão começando a sugerir que talvez nem tudo seja equilibrado.
Os resultados dessas experiências ainda são experimentais e não são significativos o suficiente para reivindicar a firme descoberta de uma rachadura na Bíblia da física de partículas chamada Modelo Padrão. No entanto, se os resultados persistirem, isso pode abrir o caminho para entender tudo, desde a matéria escura até as origens do universo. Você sabe, grandes problemas não resolvidos na física moderna.
Sabores padrão
O Modelo Padrão da física de partículas reina supremo, passando com sucesso por ataques de testes de experimentos ao redor do mundo ao longo de décadas. Essa teoria unifica nossa compreensão de três das quatro forças fundamentais do universo - eletromagnetismo, nuclear forte e nuclear fraco - sob uma única faixa quântica. Ao todo, é a teoria mais testada em toda a ciência, capaz de explicar uma vasta gama de interações fundamentais.
Em outras palavras, você simplesmente não mexe com o Modelo Padrão.
E, no entanto, sabemos que essa imagem do mundo subatômico está longe de ser perfeita. Só para citar alguns exemplos, ele não explica as massas de neutrinos nem nos dá uma pista sobre a matéria escura. A esmagadora maioria dos físicos acredita que existe outra teoria, até agora desconhecida, que engloba tudo o que o Modelo Padrão é capaz de explicar e as coisas que não pode.
O mais chato é que não sabemos como é essa teoria ou que previsão ela pode fazer. Portanto, não apenas não sabemos todas as respostas para a vida, o universo e tudo mais, como também não sabemos como obter essas respostas.
Para encontrar dicas de "Uma teoria melhor", os pesquisadores estão em busca de imperfeições ou previsões falsas do Modelo Padrão - uma falha nessa teoria talvez possa abrir a porta para algo maior.
Uma das muitas previsões do Modelo Padrão diz respeito à natureza dos leptons, que são pequenas partículas solitárias como elétrons ou quarks. Os leptões são agrupados em três classes, conhecidas como gerações ou sabores dependendo de qual físico você perguntar. Partículas com sabores diferentes compartilharão todas as mesmas propriedades, exceto que possuem massas diferentes. Por exemplo, o elétron, o múon e a partícula tau têm a mesma carga elétrica e rotação, mas o múon supera o elétron e o tau ainda mais - eles têm sabores diferentes.
De acordo com o modelo padrão, esses três sabores do elétron devem se comportar exatamente da mesma maneira. Interações fundamentais devem produzir cada uma delas com igual probabilidade; a natureza simplesmente não pode dizer a diferença entre eles, por isso realmente não favorece um sabor sobre outro.
Quando se trata dos três sabores, a natureza adota a abordagem napolitana: todos eles.
Um resultado bonito
Isso é tudo teoria, no entanto, e por isso deve ser testado. Ao longo dos anos, várias experiências, como as realizadas no Large Hadron Collider no CERN e na instalação BaBar, nas quais partículas fundamentais são esmagadas em colisões maciças. As partículas resultantes produzidas a partir dessas colisões podem fornecer pistas sobre como a natureza funciona nos níveis mais profundos. E algumas dessas colisões foram projetadas para ver se a natureza gosta de um sabor de lepton sobre as outras.
Em particular, um tipo de partícula, chamado quark inferior, realmente gosta de decair em leptões. Às vezes, torna-se um elétron. Às vezes um múon. Às vezes um tau. Mas, não importa o quê, todos os três sabores têm a mesma chance de emergir dos destroços.
Os físicos conseguiram acumular centenas de milhões desses decaimentos de quarks de fundo e, a alguns anos atrás, algo estranho apareceu nos dados: a natureza parecia favorecer as partículas de tau nessas interações um pouco mais do que os outros leptões. No entanto, era pouco estatisticamente significativo, por isso era fácil acenar com esses resultados como um mero acaso estatístico; talvez não tivéssemos corrido o suficiente das colisões para que tudo se igualasse.
Mas com o passar dos anos, o resultado ficou parado, como aponta o físico Antonio Pich, da Universidade de Valência, na Espanha, em uma revisão desta pesquisa publicada no banco de dados de pré-impressão arXiv em novembro. A natureza parece bastante teimosa quando se trata de seu aparente favoritismo da partícula tau. O resultado ainda não é conclusivo, mas sua persistência ao longo dos anos e em diferentes experiências contribuiu para um verdadeiro arranhão na cabeça.
Modelo não tão padrão
No Modelo Padrão, os diferentes sabores dos leptons obtêm seu ... bem, sabor ... através de suas interações com o bóson de Higgs: quanto mais um sabor interage com o Higgs, maior sua massa. Mas, caso contrário, a natureza não diferencia entre eles, daí a previsão de que todos os sabores devem aparecer igualmente em todas as interações.
Mas se essas chamadas "anomalias de sabor" são realmente uma característica real do nosso universo e não apenas um bug na coleta de dados, precisamos de uma maneira de explicar por que a natureza deve se importar mais com a partícula tau do que com o elétron ou o múon. Uma possibilidade é que possa haver mais de um tipo de bóson de Higgs voando - um para fornecer as massas do elétron e do múon, e outro que gosta especialmente do tau, permitindo que ele saia das interações com mais frequência.
Outra possibilidade é que existem partículas extras que falam com as tau - partículas que ainda não vimos em experimentos. Ou talvez haja alguma simetria fundamental da natureza que se revele apenas através dos sussurros das reações lepton - em outras palavras, alguma nova força da natureza que só aparece nessas interações obscuras e raras.
Até que coloquemos as evidências (no momento, a significância estatística dessa diferença é de cerca de 3-sigma, o que representa uma chance de 99,3% de que esse resultado seja apenas um acaso, enquanto o "padrão-ouro" da física de partículas é 5-sigma, ou 99,97%), não podemos ter certeza. Mas se as evidências se estreitarem, poderíamos usar esse novo insight para encontrar uma nova física além do Modelo Padrão, abrindo a possibilidade de explicar o inexplicável atualmente, como a física do universo primitivo ou o que quer que esteja acontecendo. com matéria escura.
