A última partícula que falta no Modelo Padrão, o bóson de Higgs, foi descoberto em 2012 em experimentos no Large Hadron Collider. Desde então, procurando por novos, partículas relacionadas está em andamento. Previsto por várias teorias que vão além da física conhecida, Bósons de Higgs com carga elétrica positiva ou negativa estão entre os candidatos a serem observados. Mas essas partículas realmente existem?

Na Organização Europeia para Pesquisa Nuclear CERN, perto de Genebra, a segunda série de colisões e coleta de dados do Large Hadron Collider sobre as partículas e seus decaimentos acaba de terminar. Nos próximos dois anos, o acelerador passará por manutenção e as atualizações serão concluídas. Enquanto isso, os físicos analisam intensamente os dados da corrida recém-concluída. Sua investigação se concentra principalmente na busca por partículas elementares além do modelo padrão, como o bóson de Higgs eletricamente carregado. A análise mais recente neste campo foi realizada por uma equipe internacional de físicos trabalhando no experimento ATLAS. O grupo era formado por pesquisadores do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) da Cracóvia e de cinco outras instituições espalhadas pelo mundo.

"O Modelo Padrão é uma estrutura teórica complexa e descreve todas as partículas elementares conhecidas com excelente precisão. Contudo, que funciona bem para energias experimentalmente acessíveis. Com energias realmente altas, as previsões do Modelo Padrão são interrompidas; daí a necessidade da chamada nova física, "diz o Dr. Pawel Bruckman (IFJ PAN), e lembra que a mecânica clássica, por exemplo, mostra recursos semelhantes. Quando a energia dos corpos em movimento é baixa, sua descrição é exata. Contudo, quando a velocidade se torna comparável à velocidade da luz, A física newtoniana deve dar lugar às teorias relativísticas.

Descoberto em 2012 por experimentos ATLAS e CMS, o bóson de Higgs neutro confirmou a existência do mecanismo necessário para a consistência do Modelo Padrão. Físicos, Contudo, estão cientes de que esta partícula pode ser apenas parte de um setor de Higgs mais amplo, previsto pela maioria das teorias que vão além da física de partículas moderna. Nas teorias supersimétricas mais populares (onde cada partícula conhecida tem um exótico, superparceiro mais massivo), existem cinco bósons de Higgs. Três deles, incluindo o padrão, são eletricamente neutros, enquanto os outros dois são eletricamente carregados (negativa e positivamente).

"Temos explorado uma ampla gama de massas. A massa do próton, ou seja, o núcleo de hidrogênio, é cerca de um gigaeletronvolt. Por sua vez, a massa do quark t, a mais massiva das partículas elementares conhecidas, é 173 gigaeletronvolts. Estávamos procurando por traços da existência de um Higgs carregado na faixa de massa de 90 gigaeletronvolts até 2.000 gigaeletronvolts, "explica a estudante de doutorado Marzieh Bahmani (IFJ PAN).

A equipe se concentrou nesses eventos de colisão entre quarks e glúons, em que os bósons de Higgs carregados seriam produzidos junto com o quark t, e então decaiu em um tau lepton (um equivalente muito mais massivo do elétron) e seu neutrino associado. Em tais eventos, alguns neutrinos são emitidos. Essas partículas interagem fracamente com a matéria e são invisíveis para os detectores. Portanto, durante a seleção de decaimentos, a quantidade de energia ausente que os neutrinos carregariam era importante.

Para efeitos de análise, Os pesquisadores da Cracóvia desenvolveram e otimizaram um método discriminante multivariado. A tecnica, com base em muitas variáveis ​​cuidadosamente selecionadas e correlações entre elas, maximiza a discriminação do sinal esperado do fundo opressor.

"Dentro da sensibilidade atual, podemos dizer, com um nível de confiança de 95%, que na faixa selecionada de massas não observamos bósons de Higgs carregados. Esta é uma limitação muito forte das novas teorias. Pretendemos melhorá-lo ainda mais na próxima rodada da análise, levando em consideração todos os dados da segunda execução recentemente concluída do acelerador do LHC. Ainda é possível que o Higgs carregado esteja escondido em algum lugar na faixa de massa coberta por nossa análise, mas ainda não somos sensíveis o suficiente para ver seu sinal, "diz a Dra. Anna Kaczmarska (IFJ PAN).

Os resultados da análise, publicado no Journal of High Energy Physics , são particularmente valiosos para selecionar modelos teóricos que vão além da física conhecida. O espaço de parâmetros desses modelos foi significativamente reduzido. Como consequência, suas previsões serão mais precisas e fáceis de verificar.