Os físicos provaram que uma partícula subatômica pode mudar para seu alter-ego antipartícula e vice-versa, em uma nova descoberta revelada hoje.

A medição extraordinariamente precisa foi feita por pesquisadores do Reino Unido usando o experimento de beleza Large Hadron Collider (LHCb) no CERN.

Ele forneceu a primeira evidência de que os mésons encantadores podem se transformar em suas antipartículas e vice-versa.

Fenômeno de mistura

Por mais de 10 anos, cientistas sabem que mesons encantam, partículas subatômicas que contêm um quark e um antiquark, podem viajar como uma mistura de seus estados de partícula e antipartícula.

É um fenômeno denominado mistura.

Contudo, este novo resultado mostra pela primeira vez que eles podem oscilar entre os dois estados.

Resolvendo grandes questões de física

Armado com esta nova evidência, os cientistas podem tentar resolver algumas das maiores questões da física em torno de como as partículas se comportam fora do modelo padrão.

Um ser, se essas transições são causadas por partículas desconhecidas não previstas pela teoria orientadora.

A pesquisa, Submetido para Cartas de revisão física e disponível no arXiv, recebeu financiamento do Conselho de Instituições de Ciência e Tecnologia (STFC).

Ser um e o outro

No estranho mundo da física quântica, o mesão de charme pode ser ele mesmo e sua antipartícula ao mesmo tempo.

Este estado, conhecido como superposição quântica, resulta em duas partículas, cada uma com sua própria massa - uma versão mais pesada e mais leve da partícula.

Essa sobreposição permite que o meson de charme oscile em sua antipartícula e volte novamente.

Diferenças de massa

Usando os dados coletados durante a segunda execução do Large Hadron Collider (LHC), pesquisadores da Universidade de Oxford mediram a diferença de massa entre as duas partículas.

Havia uma diferença de 0,00000000000000000000000000000000000001 gramas - ou em notação científica 1 × 10 ^-38 g.

A medição dessa precisão e certeza só é possível quando o fenômeno é observado muitas vezes.

Isso só é possível devido a muitos mésons de charme produzidos em colisões do LHC.

Como a medição é extremamente precisa, a equipe de pesquisa garantiu que o método de análise fosse ainda mais.

Uma nova técnica

Para fazer isso, a equipe usou uma nova técnica desenvolvida originalmente por colegas da Universidade de Warwick.

Existem apenas quatro tipos de partículas no Modelo Padrão, a teoria que explica a física das partículas, que pode se transformar em sua antipartícula.

O fenômeno de mistura foi observado pela primeira vez em mésons estranhos na década de 1960 e em mésons de beleza na década de 1980.

Até agora, a única outra das quatro partículas que foi vista oscilar dessa forma é o méson de estranha beleza, uma medição feita em 2006.

Um fenômeno raro

Professor Guy Wilkinson da Universidade de Oxford, cujo grupo contribuiu para a análise, disse:

"O que torna esta descoberta de oscilação na partícula de meson charme tão impressionante é que, ao contrário dos mésons da beleza, a oscilação é muito lenta e, portanto, extremamente difícil de medir dentro do tempo que leva para o méson decair. Esse resultado mostra que as oscilações são tão lentas que a grande maioria das partículas decai antes de ter a chance de oscilar. Contudo, podemos confirmar isso como uma descoberta porque o LHCb coletou muitos dados. "

Professor Tim Gershon da University of Warwick, desenvolvedor da técnica analítica usada para fazer a medição, disse:"Partículas de meson charme são produzidas em colisões próton-próton e viajam em média apenas alguns milímetros antes de se transformar, ou decadente, em outras partículas. Ao comparar as partículas de mesão charmoso que decaem após viajar uma curta distância com aquelas que viajam um pouco mais longe, fomos capazes de medir a quantidade chave que controla a velocidade da oscilação do mesão charme em mesão anti-charme - a diferença de massa entre as versões mais pesadas e mais leves do mesão charme. "

Uma nova porta se abre para a exploração da física

Esta descoberta do charme da oscilação do meson abre uma nova e excitante fase de exploração da física.

Os pesquisadores agora querem entender o próprio processo de oscilação, potencialmente um grande passo à frente na resolução do mistério da assimetria matéria-antimatéria.

Uma área chave a explorar é se a taxa de transições partícula-antipartícula é a mesma das transições antipartícula-partícula.

E especificamente, se as transições são influenciadas ou causadas por partículas desconhecidas não previstas pelo Modelo Padrão.

Pequenas medições dizem grandes coisas

Dr. Mark Williams da Universidade de Edimburgo, que reuniu o LHCb Charm Physics Group dentro do qual a pesquisa foi realizada, disse:"Pequenas medições como esta podem dizer grandes coisas sobre o Universo que você não esperava."

O resultado, 1 × 10-38g, cruza o nível de 'cinco sigma' de significância estatística que é necessário para reivindicar uma descoberta na física de partículas.

Outras informações

O LHCb é um dos quatro grandes experimentos do LHC do CERN em Genebra, e é projetado para estudar decaimentos de partículas contendo um quark de beleza.

O objetivo principal do LHCb é investigar a assimetria matéria-antimatéria ou "violação de CP".

Depois do Big Bang, matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais, mas quando se encontram, aniquilam-se mutuamente.

Como vivemos em um universo dominado pela matéria, deve haver uma diferença sutil entre matéria e antimatéria que permitiu que a matéria sobrevivesse.

Os mésons fazem parte de uma grande classe de partículas constituídas por partículas fundamentais chamadas quarks, e contêm um quark e um quark de antimatéria.

O meson D0 consiste em um quark charme e um antiquark up, e sua antipartícula, o anti-D0, consiste em um antiquark charmoso e um quark up.

Essa medição foi feita usando o subdetetor Vertex Locator (VELO) do LHCb.