Cientistas da Rutgers University – New Brunswick e de outros lugares estão em uma encruzilhada em sua jornada de 50 anos para ir além do Modelo Padrão na física.

Rutgers Today pediu aos professores Sunil Somalwar e Scott Thomas, do Departamento de Física e Astronomia da Escola de Artes e Ciências, para discutir os mistérios do universo. A pesquisa de Somalwar concentra-se na física experimental de partículas elementares, ou física de alta energia, que envolve o esmagamento de partículas em grandes aceleradores de partículas, como o do CERN na Suíça. A pesquisa de Thomas concentra-se na física teórica de partículas.

A dupla, que colaboram em experimentos, e outros físicos Rutgers - incluindo Yuri Gershtein - contribuíram para a histórica descoberta do bóson de Higgs em 2012, uma partícula subatômica responsável pela estrutura de toda a matéria e um componente-chave do Modelo Padrão.

Rutgers Today:Qual é o modelo padrão?

Thomas:É uma teoria iniciada há cerca de 50 anos. Deveria ser chamada de "a teoria mais fantasticamente bem-sucedida de tudo" porque é um triunfo do intelecto humano. Isso explica, em uma estrutura teórica e em grande detalhe quantitativo, cada experimento já feito em laboratório. E nenhum experimento até agora está em conflito com essa teoria. O ápice do Modelo Padrão experimentalmente foi a descoberta do bóson de Higgs. Ele previu a existência e as interações de muitas partículas diferentes, todos os quais foram encontrados. O problema é que, como teóricos, somos vítimas de nosso próprio sucesso. O modelo padrão é tão bem-sucedido que a teoria não indica respostas para algumas das perguntas que ainda temos. O bóson de Higgs respondeu a muitas perguntas, mas não obtemos pistas diretamente desta estrutura teórica de como as questões restantes podem ser respondidas, então estamos em uma encruzilhada nesta jornada de 50 anos. Precisamos de algumas dicas de experimentos e, em seguida, esperançosamente, as dicas serão suficientes para nos dizer a próxima estrutura teórica subjacente ao Modelo Padrão.

Rutgers Today:Quais perguntas permanecem?

Somalwar:O Modelo Padrão diz que matéria e antimatéria devem ser quase iguais. Mas depois do Big Bang cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, a matéria equivalia a uma parte em 10 bilhões e a antimatéria caiu para praticamente zero. Um grande mistério é o que aconteceu com toda a antimatéria. E por que os neutrinos (também partículas subatômicas) são tão leves? A partícula do bóson de Higgs está sozinha ou existe um zoológico de Higgs? Há boas razões para que o bóson de Higgs não possa estar sozinho. Deve haver mais coisas na foto.

Rutgers Today:Em que você está se concentrando?

Somalwar:Estou procurando evidências de partículas pesadas que podem ter existido um picossegundo após o Big Bang. Essas partículas não existem mais porque se degeneram. Eles são muito instáveis. Eles poderiam explicar por que os neutrinos são tão leves e por que virtualmente toda a antimatéria desapareceu, mas nem toda a matéria desapareceu. O que fazemos é chamado de ciência de fronteira - está na vanguarda da física:as menores distâncias e as energias mais altas. Depois de chegar à fronteira, você ocupa grande parte da área e começa a prospectar. Mas em algum ponto, as coisas estão minadas e você precisa de uma nova fronteira. Acabamos de começar a prospecção aqui. Não temos áreas minadas suficientes e podemos ter algumas joias lá e mais virão nos próximos um ou dois anos. Então, é um momento muito emocionante agora porque é como se tivéssemos chegado à corrida do ouro.

Thomas:Estou tentando entender a física subjacente ao setor de Higgs da teoria do Modelo Padrão, que deve incluir pelo menos uma partícula - o bóson de Higgs. Este setor é muito importante porque determina o tamanho dos átomos e a massa das partículas elementares. A física subjacente ao setor de Higgs é um obstáculo para a compreensão da física em uma escala mais fundamental. Existem outras espécies de partículas de Higgs? Quais são suas interações e quais propriedades eles possuem? Isso começaria a nos dar pistas e talvez pudéssemos reconstruir uma teoria do que está por trás do Modelo Padrão. A verdadeira motivação é entender como o universo funciona em seu nível mais fundamental. Isso é o que nos move a todos.