Cientistas em busca de evidências de novas físicas em processos de partículas que poderiam explicar a matéria escura e outros mistérios do universo deram um passo à frente, com o novo resultado do experimento NA62 relatado hoje no CERN.

O experimento, liderado por uma equipe internacional de cientistas, demonstra uma nova técnica que captura e mede a decomposição ultra rara de uma partícula subatômica chamada kaon.

Seus resultados, apresentado em um seminário do CERN na segunda-feira, 23 de setembro, mostram como medições precisas deste processo podem sugerir uma nova física, além do modelo padrão desenvolvido na década de 1970.

O modelo padrão ainda é comumente usado para descrever as forças fundamentais e blocos de construção do universo e é uma teoria de grande sucesso, mas existem vários mistérios do universo que o Modelo Padrão não explica, como a natureza da matéria escura, ou as origens do desequilíbrio matéria-antimatéria no universo. Os físicos têm buscado extensões para o Modelo Padrão que possam prever novas partículas ou interações que possam explicar esses fenômenos.

A nova medição foi feita no laboratório de física de partículas do CERN por uma equipe liderada pela Universidade de Birmingham. O objetivo do experimento, chamado NA62, é estudar as partículas subatômicas kaons, contendo o quark estranho, e uma maneira particular pela qual eles se transformam em outros tipos de partículas com chances em torno de 1 em 10 bilhões.

Este processo é previsto em detalhes pelo Modelo Padrão com uma incerteza de menos de 10 por cento, portanto, qualquer desvio dessa previsão é um sinal claro e estimulante de uma nova física. Ao combinar os conjuntos de dados de 2016 e 2017, a equipe descobriu que a frequência relativa desse processo seria no máximo 24,4 em 100 bilhões de decaimentos de K +. Esse resultado combinado é compatível com a previsão do Modelo Padrão e permite que a equipe coloque limites nas teorias do Modelo Padrão que preveem frequências maiores do que esse limite superior.

"Este processo de decaimento Kaon é chamado de 'canal dourado' devido à combinação de ser ultra-raro e perfeitamente previsto no modelo Padrão. É muito difícil de capturar, e é uma promessa real para cientistas em busca de novas físicas, "explica a professora Cristina Lazzeroni, Professor de Física de Partículas na Universidade de Birmingham, e porta-voz do NA62. "Ao capturar uma medição precisa da decadência, podemos identificar desvios da previsão do Modelo Padrão. O novo resultado ainda tem estatísticas limitadas, mas já nos permitiu começar a colocar restrições em alguns novos modelos físicos."

O experimento ocorreu ao longo de três anos no site Prevessin do CERN, na França e envolve cerca de 200 cientistas de 27 instituições. O objetivo era medir precisamente como a partícula de Kaon decai em um píon e um par neutrino-antineutrino usando o feixe de prótons do Super Proton Synchrotron (SPS) do CERN. Os kaons são criados colidindo prótons de alta energia do SPS em um alvo de berílio estacionário. Isso cria um feixe de partículas secundárias que contém e propaga quase um bilhão de partículas por segundo, cerca de 6% dos quais são kaons.

Porque o processo que está sendo medido é tão raro, a equipe teve que ser particularmente cuidadosa para não fazer nada que pudesse distorcer o resultado. Por essa razão, o experimento foi realizado como uma "análise cega, "onde os físicos inicialmente olham apenas para o pano de fundo para verificar se seu entendimento das várias fontes está correto. Somente quando eles estão satisfeitos com isso, eles olham para a região dos dados onde se espera que o sinal esteja. Esta "abertura da caixa cega" foi realizada no dia 10 de setembro na Conferência Internacional de Física Kaon, KAON2019, realizada em Perugia, Itália.

O professor Lazzeroni acrescentou:"Este é um grande passo em frente para o campo da física de partículas que nos permitirá explorar novas maneiras de compreender nosso universo. Isso foi possível através de um grande esforço de equipe de todos os institutos colaboradores e do apoio contínuo de CERN. "

O experimento irá analisar outros dados obtidos em 2018 e publicá-los no próximo ano. Também há planos para obter mais dados para refinar a medição a partir de 2021, quando o CERN SPS reiniciará a operação.