Aceleradores de partículas são dispositivos poderosos que usam campos eletromagnéticos para impulsionar partículas carregadas como elétrons ou prótons a velocidades próximas à velocidade da luz, em seguida, esmague-os de frente. O que acontece em um piscar de olhos durante essas colisões de alta velocidade pode nos contar sobre alguns dos segredos fundamentais da natureza.

Em um novo artigo na edição de 1º de junho da revista Cartas de revisão física , Bhupal Dev, professor assistente de física em artes e ciências na Washington University em St. Louis, descreve como futuros aceleradores poderiam colidir com partículas carregadas de uma nova maneira para lançar luz sobre seu comportamento.

Teóricos como Dev estão trabalhando para delinear as grandes ideias que irão moldar a abordagem experimental para os aceleradores de próxima geração, como o International Linear Collider, a ser construído no Japão, ou o Colisor Eletron-Positron Circular, proposto na China.

Dev, que escreveu o artigo com o pós-doutorado Yongchao Zhang da Washington University e Rabi Mohapatra da University of Maryland, está procurando por um sinal claro de algo além do Modelo Padrão da física de partículas.

"Há fortes evidências experimentais de que realmente há alguma nova física à espreita no setor leptônico, "Dev disse.

Ele e seus colaboradores acreditam que um novo colisor construído para colidir como um ponto, partículas carregadas chamadas léptons, que não têm estrutura interna, é a melhor aposta para encontrar essa nova física.

Essa abordagem é diferente da empregada no acelerador de partículas mais famoso da atualidade - o Large Hadron Collider (LHC). Construído pela Organização Europeia para Pesquisa Nuclear, ou CERN, pesquisadores usaram o LHC para descobrir o bóson de Higgs, a partícula que supostamente dá massa a todas as partículas elementares.

Mas existem questões profundas que o LHC não é idealmente adequado para responder.

O novo trabalho de Dev sobre colisor de leptões foi inicialmente motivado pelo fenômeno das oscilações de neutrinos. Os neutrinos são a contraparte eletricamente neutra dos léptons carregados, e foi observado que eles mudam de uma espécie para outra de maneira mecânica quântica. Isso sugere um pequeno, mas diferente de zero, massa para neutrinos.

"Desde que observamos diretamente as oscilações de neutrinos, pesquisadores têm tentado ver o efeito equivalente nos irmãos carregados de neutrinos, como múons se transformando em elétrons, "Dev disse.

Isso daria uma melhor compreensão da geração de massa de neutrino, o que é difícil de explicar pelo mesmo mecanismo de Higgs usado para outras partículas elementares.

Mas por enquanto, pesquisas por tais processos raros foram confinadas a energias muito mais baixas do que as esperadas na nova escala da física.

Em seu novo jornal, Dev e colegas propõem como procurar evidências de "violação de sabor" do leptão - o momento da transformação de partículas carregadas em outros tipos de partículas carregadas - na fronteira de alta energia, usando os novos aceleradores. No modelo padrão, esses efeitos são considerados insignificantes. Portanto, qualquer sinal positivo seria um sinal de nova física.

Em particular, eles sugerem uma possibilidade que surge devido à presença de um novo tipo de bóson de Higgs que pode ser responsável pelas minúsculas massas de neutrinos.