Resultados recentes da pesquisa que estamos conduzindo no Grande Colisor de Hádrons (LHC) no Cern, em Genebra, mostram que podemos estar nos aproximando de sinais de física ainda não descoberta.
Se confirmadas, estas sugestões derrubariam uma teoria chamada Modelo Padrão, que dominou a física de partículas durante 50 anos. As descobertas mostram como certas partículas subatômicas se comportam LHC discordo do modelo padrão.
Partículas fundamentais são os blocos básicos de construção da matéria – partículas subatômicas que não podem ser divididas em unidades menores. Quatro forças fundamentais – gravidade, eletromagnetismo, força fraca e força forte – governam as interações entre essas partículas.
O LHC é um acelerador de partículas gigante construído num túnel circular de 27 km sob a fronteira franco-suíça. Seu principal objetivo é encontrar brechas modelo padrão.
Esta teoria é a nossa melhor compreensão das partículas e forças fundamentais, mas sabemos que não é tudo. Não explica a gravidade ou a matéria escura, um tipo de matéria invisível, ainda não medido, que constitui cerca de 25% do universo.
No LHC, feixes de partículas de prótons viajando em direções opostas colidem para revelar indícios de física ainda não descoberta. Novos resultados vêm de LHCbexperimento no Large Hadron Collider, onde essas colisões são analisadas.
O resultado foi obtido a partir do estudo do decaimento – uma espécie de transformação – de partículas subatômicas chamadas mésons B. Pesquisamos como esses Mésons B decaem em outras partículas, descobrindo que a maneira específica como isso acontece não corresponde às previsões do Modelo Padrão.
Uma teoria elegante
O Modelo Padrão baseia-se em dois dos avanços mais transformadores da física do século XX; mecânica quântica e a teoria da relatividade especial de Einstein.
Os físicos podem comparar medições feitas em instalações como o LHC com previsões baseadas no Modelo Padrão para testar rigorosamente a teoria.
Embora saibamos que o Modelo Padrão está incompleto, mais de 50 anos de testes cada vez mais rigorosos da física de partículas ainda não encontraram quaisquer falhas na teoria. Isto é, potencialmente até agora.
nossa medição, aceito para publicação Arte Revisão de planilhas físicasmostra a tensão quatro desvios padrão das expectativas do Modelo Padrão.
No mundo real, isto significa que, depois de contabilizada a incerteza dos resultados experimentais e das previsões teóricas, existe apenas uma probabilidade em 16.000 de que ocorra uma flutuação aleatória nos dados deste extremo se o modelo padrão estiver correcto.
Embora isto não corresponda ao padrão-ouro da ciência – o que é conhecido como cinco sigmasou cinco desvios-padrão (cerca de uma chance em 1,7 milhão) – as evidências começam a aumentar. Somados a esta narrativa convincente estão os resultados de uma pesquisa independente Experimento LHC, CMSque foram publicados anteriormente em 2025.
Embora os resultados do CMS não sejam tão precisos quanto os resultados do LHCb, eles estão de acordo, fortalecendo o argumento. Nossos novos resultados foram encontrados em um estudo de um tipo especial de processo conhecido como decaimento eletrofraco do pinguim.
Eventos raros
O termo “pinguim” refere-se a um certo tipo de decaimento (transformação) de partículas de vida curta. Neste caso, aprendemos como Méson B decai em quatro outras partículas subatômicas – um kaon, um píon e dois múons.
Com um pouco de imaginação, você pode imaginar o arranjo das partículas envolvidas como um pinguim. É importante ressaltar que as medições deste decaimento nos permitem estudar como um tipo de partícula fundamental, o quark bonito, pode se transformar em outro, o quark estranho.
Este decaimento do pinguim é incrivelmente raro no Modelo Padrão: para cada milhão de mésons B, apenas um decai desta forma. Analisamos cuidadosamente os ângulos e as energias em que essas partículas são produzidas no processo de decaimento e determinamos exatamente com que frequência esse processo ocorre. Descobrimos que as nossas medições destas quantidades discordam das previsões do modelo padrão.
Estudos precisos de tais decaimentos têm sido um dos principais objetivos do experimento LHCb desde o seu início em 1994. Os processos Penguin são excepcionalmente sensíveis a novas partículas potencialmente muito pesadas que não podem ser criadas diretamente no LHC.
Tais partículas ainda podem ter um efeito mensurável nesses decaimentos em comparação com a pequena contribuição do Modelo Padrão. Essa observação indireta não é nova. Por exemplo, a radioatividade foi descoberta 80 anos antes das partículas fundamentais responsáveis por ela (bósons W) serem diretamente observadas.
Direções futuras
Os nossos estudos de processos raros permitem-nos sondar partes da natureza que de outra forma só poderiam ser acessíveis com a ajuda de colisores de partículas planeados para a década de 2070. Há uma ampla gama de possíveis novas teorias que poderiam explicar nossas descobertas. Muitos contêm novas partículas chamadas “leptoquarks” que combinam dois tipos diferentes de matéria: “léptons” e “quarks”.
Outras teorias potenciais contêm partículas que são contrapartes mais pesadas das partículas já encontradas no Modelo Padrão. Os novos resultados restringiram a forma destes modelos e direcionaram sua busca no futuro.
Apesar do nosso entusiasmo, permanecem questões teóricas em aberto que nos impedem de afirmar definitivamente que a física fora do Modelo Padrão foi observada. A questão mais grave surge por causa dos chamados “pinguins mágicos”, conjunto de processos presentes no Modelo Padrão, cuja contribuição é muito difícil de prever. Avaliações recentes destes adoráveis pinguins mostram que a sua influência não é grande o suficiente para explicar os nossos dados.
Além disso, a combinação do modelo teórico e dos dados experimentais do LHCb sugere que os pinguins mágicos (e, portanto, o Modelo Padrão) são difíceis de explicar os resultados anômalos.
Os novos dados já recolhidos permitir-nos-ão confirmar a situação nos próximos anos: no nosso trabalho atual, estudámos aproximadamente 650 mil milhões de mésons B registados entre 2011 e 2018 para encontrar estes decaimentos dos pinguins. Desde então, o experimento LHCb registrou três vezes mais mésons B.
Novos avanços estão planejados para a década de 2030 para operação atualizações futuras no LHC e reacumular um conjunto de dados 15 vezes maior. Esta etapa final permitirá que sejam feitas declarações definitivas, potencialmente desbloqueando uma nova compreensão de como o universo funciona no seu nível mais básico.
