Por algum tempo agora, pesquisadores notaram várias anomalias na degradação dos mésons de beleza nos dados provenientes do experimento LHCb no Large Hadron Collider. São mais do que apenas flutuações estatísticas? A última análise, levando em consideração os chamados efeitos de longa distância no decaimento das partículas, aumenta a probabilidade de que as anomalias não sejam um erro nas técnicas de medição.

Enquanto os cientistas procuram traços diretos de uma nova física tentam eliminar todos os novos sinais potenciais em colisões de partículas, revelando o vazio previsto pelo Modelo Padrão, outros, olhando para outros fenômenos, começam a ver sinais anômalos crescentes no oceano de dados que não foram resolvidos.

O Modelo Padrão é um conjunto de ferramentas teóricas desenvolvidas na década de 1970 para descrever fenômenos que ocorrem na escala de núcleos atômicos e partículas elementares. Funciona muito bem, mas não pode fornecer respostas a algumas perguntas importantes. Por que as partículas elementares têm massas específicas? Por que eles criam famílias? Por que a matéria domina tão claramente a antimatéria? Em que consiste a matéria escura? Há uma crença bem fundamentada entre os físicos de que o Modelo Padrão descreve apenas um fragmento da realidade, e precisa ser estendido.

“Por muito tempo no LHC, tem havido uma intensa busca por tudo que não pode ser explicado pela física atual. Atualmente, a busca por novas partículas ou fenômenos de forma direta permanece infrutífera. Contudo, várias anomalias foram encontradas em dados contendo decaimentos de mésons de beleza. Eles estão se tornando mais interessantes a cada dia porque quanto mais dados processamos e mais efeitos levamos em consideração ao descrevê-los, quanto mais eles são visíveis, "explica o Dr. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN, Universidade de Zurique), co-autor da última publicação na revista European Physical Journal C . Os outros três autores são Christoph Bobeth da Universidade Técnica de Munique, Danny van Dyk da Universidade de Zurique (UZ), e Javier Virto do PM e do Center for Theoretical Physics do Massachusetts Institute of Technology em Cambridge, NÓS.

Mésons, partículas feitas de pares quark-antiquark, vêm em muitas variedades. Os mesons B (beleza) contêm um quark down, um dos componentes de prótons e nêutrons que é comum na natureza, e um anti-quark de beleza. Os mésons são sistemas instáveis ​​e se desintegram rapidamente de maneiras que são descritas como canais de decadência. Uma dessas anomalias foi observada no canal de decaimento do méson B para outro méson (K *; este méson contém um quark estranho em vez de um quark de beleza) e um par múon-antimuon (múons são partículas elementares com propriedades semelhantes aos elétrons, apenas quase 200 vezes mais massivo).

"Em cálculos anteriores, presumiu-se que quando o méson se desintegra, não há mais interações entre seus produtos. Em nossos cálculos mais recentes, também incluímos efeitos de longa distância chamados de charme-loops. Com uma certa probabilidade, os produtos da decomposição interagem uns com os outros, por exemplo, a troca de glúons, a partícula responsável por fortes interações, quarks de ligação em prótons e nêutrons, "diz o Dr. van Dyk (UZ).

O efeito das medições na física é geralmente descrito pelo valor do desvio padrão sigma. Um efeito que difere das previsões por mais de três desvios padrão (3 sigma) é tratado como uma observação. Diz-se que uma descoberta foi feita quando a precisão sobe acima de 5 sigma (o que significa uma probabilidade de menos de um em 3,5 milhões de que a flutuação aleatória dará o resultado observado). As análises dos decaimentos de mésons B para mésons K * e pares muon-antimuon mostraram uma tensão com a previsão do Modelo Padrão de 3,4 sigma (em outros canais de decaimento, foram observadas anomalias de natureza semelhante). Enquanto isso, a inclusão de efeitos de longo alcance na descrição teórica aumentou esse valor para 6,1 sigma. Os pesquisadores esperam que os métodos matemáticos que propuseram, aplicado a canais de decaimento semelhantes, também aumentará significativamente a precisão das estimativas.

“As anomalias detectadas não desaparecem nas análises posteriores. Agora que a descrição teórica desses processos foi elaborada, tudo depende apenas da precisão estatística, que é determinado pelo número de decaimentos sendo analisados. Provavelmente teremos em dois ou três anos uma quantia suficiente para confirmar a existência de uma anomalia com uma credibilidade que nos dê o direito de falar sobre uma descoberta, "diz o Dr. Chrzaszcz.

A origem das anomalias observadas permanece desconhecida. Muitos físicos propõem que uma partícula elementar desconhecida fora do Modelo Padrão pode ser responsável por sua existência. Um bom candidato, por exemplo, seria o bóson Z ', proposto por teóricos. Verificação direta desta hipótese, Contudo, exigiria mais experimentos realizados em um acelerador mais poderoso do que a configuração moderna do LHC.