11/04/2022 - 11:28
Após 10 anos de análise cuidadosa e escrutínio, os cientistas da colaboração CDF no Laboratório Nacional de Aceleradores Fermi do Departamento de Energia dos EUA anunciaram no dia 7 de abril que alcançaram a medição mais precisa até hoje da massa do bóson W, uma das partículas transportadoras de força da natureza. Usando dados coletados pelo Collider Detector do Fermilab, ou CDF, os cientistas agora determinaram a massa da partícula com uma precisão de 0,01% – duas vezes mais precisa que a melhor medição anterior.
A nova medição de precisão, publicada na revista Science, permite que os cientistas testem o modelo padrão da física de partículas, a estrutura teórica que descreve a natureza em seu nível mais fundamental. O resultado: o novo valor de massa mostra tensão com o valor que os cientistas obtêm usando insumos experimentais e teóricos no contexto do modelo padrão.
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Discordâncias verificadas
“O número de melhorias e verificações extras que entraram em nosso resultado é enorme”, disse Ashutosh V. Kotwal, da Universidade Duke (EUA), que liderou essa análise e é um dos 400 cientistas da colaboração do CDF. “Levamos em consideração nossa melhor compreensão do nosso detector de partículas, bem como avanços na compreensão teórica e experimental das interações do bóson W com outras partículas. Quando finalmente revelamos o resultado, descobrimos que ele diferia da previsão do modelo padrão.”
Se confirmada, essa medição sugere a necessidade potencial de melhorias no cálculo do modelo padrão ou extensões ao modelo.
O novo valor está de acordo com muitas medições anteriores de massa do bóson W, mas também há algumas discordâncias. Medições futuras serão necessárias para lançar mais luz sobre o resultado.
Necessidade de confirmação
“Embora este seja um resultado intrigante, a medição precisa ser confirmada por outro experimento antes que possa ser totalmente interpretada”, disse o vice-diretor do Fermilab, Joe Lykken.
O bóson W é uma partícula mensageira da força nuclear fraca. É responsável pelos processos nucleares que fazem o Sol brilhar e as partículas se decompõem. Usando colisões de partículas de alta energia produzidas pelo colisor Tevatron no Fermilab, a colaboração CDF coletou grandes quantidades de dados contendo bósons W de 1985 a 2011.
O físico do CDF Chris Hays, da Universidade de Oxford (Reino Unido), disse: “A medição do CDF foi realizada ao longo de muitos anos, com o valor medido oculto dos analisadores até que os procedimentos fossem totalmente examinados. Quando descobrimos o valor, foi uma surpresa”.
A massa de um bóson W é cerca de 80 vezes a massa de um próton, ou aproximadamente 80.000 MeV/c2. Os pesquisadores do CDF trabalharam para obter medições cada vez mais precisas da massa do bóson W por mais de 20 anos. O valor central e a incerteza de sua última medição de massa é 80.433 +/- 9 MeV/c2. Esse resultado usa todo o conjunto de dados coletados do colisor Tevatron no Fermilab. Baseia-se na observação de 4,2 milhões de candidatos a bósons W, cerca de quatro vezes o número usado na análise da colaboração publicada em 2012.
Discrepância persistente
“Muitos experimentos de colisores produziram medições da massa do bóson W nos últimos 40 anos”, disse o coporta-voz do CDF, Giorgio Chiarelli, do Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear (INFN-Pisa). “Estas são medições desafiadoras, complicadas e têm alcançado cada vez mais precisão. Levamos muitos anos para passar por todos os detalhes e as verificações necessárias. É nossa medição mais robusta até o momento, e a discrepância entre os valores medidos e esperados persiste.”
A colaboração também comparou seu resultado com o melhor valor esperado para a massa do bóson W usando o modelo padrão, que é 80.357 ± 6 MeV/c2. Este valor é baseado em cálculos complexos de modelos padrão que intrinsecamente ligam a massa do bóson W às medidas das massas de duas outras partículas: o quark top, descoberto no colisor Tevatron no Fermilab em 1995, e o bóson de Higgs, descoberto no Grande Colisor de Hádrons no CERN em 2012.
O coporta-voz do CDF, David Toback, da Universidade Texas A&M (EUA), afirmou que o resultado é uma importante contribuição para testar a precisão do modelo padrão. “Agora cabe à comunidade de física teórica e outros experimentos acompanhar isso e esclarecer esse mistério”, acrescentou. “Se a diferença entre o valor experimental e o esperado se deve a algum tipo de nova partícula ou interação subatômica, que é uma das possibilidades, há uma boa chance de que seja algo que possa ser descoberto em experimentos futuros”.
