Uma nova estimativa da força do campo magnético em torno do múon - uma partícula subatômica semelhante a, mas mais pesado do que, um elétron - fecha a lacuna entre a teoria e as medições experimentais, alinhando-o com o modelo padrão que orientou a física de partículas por décadas.

Um artigo descrevendo a pesquisa de uma equipe internacional de cientistas aparece em 8 de abril, 2021 no jornal Natureza .

Vinte anos atrás, em um experimento no Laboratório Nacional de Brookhaven, os físicos detectaram o que parecia ser uma discrepância entre as medições do "momento magnético" do múon - a força de seu campo magnético - e os cálculos teóricos de como essa medição deveria ser, aumentando a possibilidade tentadora de partículas físicas ou forças ainda não descobertas. A nova descoberta reduz essa discrepância, sugerindo que o magnetismo do múon provavelmente não é misterioso. Para alcançar este resultado, em vez de depender de dados experimentais, os pesquisadores simularam todos os aspectos de seus cálculos do zero - uma tarefa que requer enorme poder de supercomputação.

"A maioria dos fenômenos da natureza pode ser explicada pelo que chamamos de 'modelo padrão' da física de partículas, "disse Zoltan Fodor, professor de física da Penn State e líder da equipe de pesquisa. "Podemos prever as propriedades das partículas com extrema precisão apenas com base nesta teoria, então, quando a teoria e o experimento não combinam, podemos ficar animados porque podemos ter encontrado algo novo, algo além do modelo padrão. "

Para uma descoberta de uma nova física além do modelo padrão, há consenso entre os físicos de que a discordância entre teoria e medição deve atingir cinco sigma - uma medida estatística que equivale a uma probabilidade de cerca de 1 em 3,5 milhões.

No caso do múon, as medições de seu campo magnético se desviaram das previsões teóricas existentes em cerca de 3,7 sigma. Intrigante, mas não o suficiente para declarar a descoberta de uma nova quebra nas regras da física. Então, os pesquisadores começaram a melhorar as medições e a teoria na esperança de conciliar teoria e medição ou aumentar o sigma a um nível que permitiria a declaração de uma descoberta de uma nova física.

"A teoria existente para estimar a força do campo magnético do múon baseava-se em medições experimentais de aniquilação elétron-pósitron, "disse Fodor." Para ter outra abordagem, usamos uma teoria totalmente verificada que era completamente independente da dependência de medições experimentais. Começamos com equações bastante básicas e construímos toda a estimativa do zero. "

Os novos cálculos exigiram centenas de milhões de horas de CPU em vários centros de supercomputadores na Europa e trazem a teoria de volta à linha de medição. Contudo, a história ainda não acabou. Novo, medidas experimentais mais precisas do momento magnético do múon são esperadas em breve.

"Se nossos cálculos estiverem corretos e as novas medições não mudarem a história, parece que não precisamos de nenhuma nova física para explicar o momento magnético do múon - ele segue as regras do modelo padrão, "disse Fodor." Embora, a perspectiva de uma nova física é sempre atraente, também é empolgante ver a teoria e o experimento se alinharem. Isso demonstra a profundidade de nosso entendimento e abre novas oportunidades para exploração. "

A emoção está longe de acabar.

"Nosso resultado deve ser verificado por outros grupos e nós os antecipamos, "disse Fodor." Além disso, nossa descoberta significa que há uma tensão entre os resultados teóricos anteriores e os novos. Essa discrepância deve ser entendida. Além disso, os novos resultados experimentais podem estar próximos dos antigos ou mais próximos dos cálculos teóricos anteriores. Temos muitos anos de entusiasmo pela frente. "