Uma equipe internacional liderada por cientistas da Universidade Sun Yat-sen e do Instituto de Física Moderna da Academia Chinesa de Ciências lançou um experimento ambicioso conhecido como MACE. O projeto visa procurar um evento extremamente raro em que o muônio, um sistema de vida curta que consiste em um múon positivo ligado a um elétron, se transforma espontaneamente em antimuônio, sua contraparte de antimatéria. Observar tal processo violaria uma regra fundamental da física de partículas chamada conservação do sabor leptônico, que é uma parte fundamental do Modelo Padrão, e forneceria evidências diretas para a física além das teorias existentes.
“A conversão de muônio em antimuônio representa uma investigação limpa e única da nova física no setor do leptão”, explica a equipe de pesquisa. “Ao contrário de outros processos de perturbação de sabor leptônico carregados, esta conversão é sensível a modelos ∆Lℓ = 2, que são fundamentalmente diferentes e podem revelar física indisponível para outros experimentos.”
Levando a sensibilidade experimental a novas fronteiras
O último limite experimental para a conversão de muônio em antimuônio foi estabelecido em 1999 no Instituto Paul Scherer, na Suíça. O MACE pretende ir muito além deste resultado, melhorando a sensibilidade em mais de um fator de cem, com o objetivo de detectar probabilidades de conversão na ordem de O(10-13). Alcançar este nível requer avanços em todo o sistema experimental, incluindo um poderoso feixe de múons de superfície, um alvo de dióxido de aerogel recentemente desenvolvido e detectores capazes de medições extremamente precisas.
“Nosso projeto combina um feixe avançado, alvo de produção de muônio e tecnologia de detector para isolar o sinal do fundo formidável”, diz a equipe. “Isso faz do MACE um dos experimentos de baixa energia mais sensíveis para encontrar perturbações no sabor do leptão.”
O que uma descoberta pode abrir
Se a experiência for bem-sucedida, poderá permitir aos cientistas explorar novas físicas em escalas de energia entre 10 e 100 TeV, um nível que rivaliza ou até ultrapassa o que os futuros colisores de partículas esperam. O MACE também está programado para operar em uma fase inicial da fase I, durante a qual investigará outros decaimentos de muônio excepcionalmente raros e eventos de interrupção do sabor do leptão, incluindo M→γγ e μ→eγγ, com sensibilidade recorde.
O impacto do MACE vai além da física fundamental. As tecnologias desenvolvidas para o experimento, como alvos avançados de produção de muônio, sistemas de transporte de pósitrons de baixa energia e detectores de alta resolução, também podem encontrar aplicações em áreas como ciência de materiais e pesquisa médica.
Fortalecendo os esforços globais em física de partículas
O MACE faz parte de um impulso científico mais amplo visando as principais instalações de pesquisa de Huizhou, incluindo o Acelerador de Íons Pesados de Alta Intensidade (HIAF) e a iniciativa do Sistema Acionado por Acelerador da China (CiADS). Juntos, estes projetos visam tornar a China um líder mundial em física nuclear e de partículas de alta precisão. Com base nestas instalações de última geração, o MACE demonstra como a investigação básica pode contribuir tanto para o progresso técnico como para a colaboração internacional.
“Não estamos apenas construindo um experimento; estamos abrindo uma nova janela para as leis da natureza”, observa a equipe. “Cada componente do MACE – desde a linha de luz até o software – foi otimizado para estudar física que poderia redefinir nossa compreensão da matéria, das simetrias e do próprio universo.”
