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Degradação do Bóson de Higgs é observada pela primeira vez


EVENTO NO BÓSON DE HIGGS VISTO PELO SOLENOIDE DE MÚON COMPACTO (FOTO: LUCAS TAYLOR / CERN/WIKIMEDIA COMMONS)

Para pesquisadores, a descoberta abre portas para entender melhor a física de partículas

Físicos que acompanham o Grande Colisor de Hádrons (LHC) fizeram a primeira observação dos bósons de Higgs se desintegrando em forma de par de quark bottom – partícula elementar que faz parte da constituição da matéria, conforme o Modelo Padrão, uma teoria de que o Universo é formado por 17 partículas.

A nova descoberta mostra concordância entre previsões teóricas e dados experimentais que poderiam estabelecer restrições às idéias da física fundamental que se esforçam para explicar por que o bóson de Higgs existe.

Os bósons de Higgs são formados em colisões de alta energia entre pares de partículas que foram aceleradas na velocidade da luz. Eles não vivem por muito tempo: apenas 10-²² segundos. Uma partícula assim, viajando à velocidade da luz, se desintegra antes mesmo de percorrer uma distância minúscula. Dessa maneira, é impossível observar diretamente os bósons de Higgs. Só é possível identificar os produtos da desintegração e usá-los para enteder as propriedades do "bóson pai".

Os bósons têm uma massa de 125 gigaelétron-volts (GeV), cerca de 133 vezes mais pesado que um próton. Cálculos predizem que eles decompõem-se em pares dessas partículas nas seguintes porcentagens: quarks bottom (58%), bosons W (21%), bosons Z (6%), léptons tau (2,6%) e fótons (0,2%). Estas partículas são as demais que compõem a teoria do Modelo Padrão.

Quando físicos anunciaram a descoberta do bóson de Higgs em 2012, eles não conseguiram identificar as particulas de quarks bottoms.

Nas energias de colisão disponíveis no LHC, os bósons de Higgs são feitos em uma colisão a cada 1 bilhão. O grande número de colisões no LHC ocorre por meio da interação da força nuclear forte, a mais poderosa as forças subatômicas e responsável por manter o núcleo dos átomos juntos.

A produção de quarks bottom pelos bósons de Higgs se desintegrando é inundada por pares de quarks bottom feitos por processos mais comuns. Consequentemente, é impossível identificar os eventos nos quais os quarks bottom são produzidos através da desintegração dos bósons de Higgs.

Como é difícil isolar colisões nas quais bósons de Higgs se desintegram em quarks bottom, cientistas precisavam de outra abordagem. Assim, eles procuraram uma classe diferente de eventos, tais como colisões em que um bóson de Higgs foi produzido ao mesmo tempo que um bóson W ou Z. Os especialistas chamam essa classe de colisões de "produção associada".

Os bósons W e Z são responsáveis ​​por causar força nuclear fraca e podem se desintegrar de maneiras distintas e identificáveis. A produção associada ocorre com menos frequência do que a produção de Higgs não associada, mas a presença de bósons W ou Z aumenta a capacidade dos pesquisadores em identificar eventos contendo um bóson de Higgs.

O acelerador LHC hospeda dois detectores físicos de partículas grandes capazes de observar os bósons de Higgs: o Solenoide de Múon Compacto (CMS) e o A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS). Ambos equipamentos observaram a produção associada de bósons de Higgs, com a desintegração dos bósons em um par de quarks bottom.

Para pesquisadores, é crucial entender a taxa na qual os bósons de Higgs se desintegram em outras partículas e compará-las com as taxas previstas. A maneira mais fácil é relatar a taxa observada da desintegração, dividida pela taxa prevista. Uma melhor concordância entre os dois produzirá uma razão próxima a 1.

O CMS encontra excelente concordância na descoberta recente dos quarks bottom, com uma proporção de taxas previstas para observadas de 1,04 mais ou menos 0,20. A medição ATLAS é similar (1,01 mais ou menos 0,20). Isso representa um triunfo da teoria atual, mas não indica uma direção à origem fundamental dos fenômenos de Higgs.

O LHC continua operando até o início de dezembro. Em seguida, interromperá as operações por dois anos para recondicionamento e atualizações. Na primavera de 2021, vai retomar as atividades com capacidade aprimorada. Espera-se que o acelerador e os detectores continuem a coletar dados até meados da década de 2030 e registrem 30 vezes mais informações do que agora.

FONTE: REVISTA GALILEU

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