A notícia de que os múons têm um pequeno movimento extra em seus passos espalhou o boato por todo o mundo nesta primavera.

O experimento Muon g-2 hospedado no Fermi National Accelerator Laboratory anunciou em 7 de abril que eles mediram uma partícula chamada muon se comportando ligeiramente diferente do previsto em seu acelerador gigante. Foi a primeira notícia inesperada na física de partículas em anos.

Todo mundo está animado, mas poucos mais do que os cientistas cujo trabalho é cuspir teorias sobre como o universo é construído. Para esses teóricos, o anúncio os faz tirar a poeira de velhas teorias e especular sobre novas.

"Para muitos de nós, parece e cheira a nova física, "disse o Prof Dan Hooper." Pode ser que um dia olhemos para trás e este resultado seja visto como um arauto. "

Gordan Krnjaic, um colega físico teórico, concordou:"É um ótimo momento para ser um especulador."

Os dois cientistas são afiliados à Universidade de Chicago e ao Fermilab; nenhum funcionou diretamente no experimento Muon g-2, mas ambos ficaram entusiasmados com os resultados. Para eles, essas descobertas podem ser uma pista que aponta o caminho para desvendar os últimos mistérios da física de partículas - e com isso, nossa compreensão do universo como um todo.

Definindo o padrão

O problema é que tudo estava indo como o esperado.

Com base em experimentos e teorias centenárias que remontam aos dias das primeiras pesquisas de Albert Einstein, os cientistas esboçaram uma teoria de como o universo - desde suas menores partículas até suas maiores forças - é formado. Esta explicação, chamado de modelo padrão, faz um bom trabalho ao ligar os pontos. Mas existem alguns buracos - coisas que vimos no universo que não são contabilizadas no modelo, como matéria escura.

Sem problemas, cientistas pensaram. Eles construíram experiências maiores, como o Grande Colisor de Hádrons na Europa, para investigar as propriedades mais fundamentais das partículas, certeza de que isso traria pistas. Mas mesmo quando eles olharam mais profundamente, nada que eles encontraram parecia fora de sintonia com o Modelo Padrão. Sem novos caminhos para investigar, os cientistas não tinham ideia de onde e como procurar explicações para as discrepâncias como a matéria escura.

Então, finalmente, os resultados do experimento Muon g-2 vieram do Fermilab (que é afiliado à Universidade de Chicago). O experimento relatou uma pequena diferença entre como os múons devem se comportar de acordo com o modelo padrão, e o que eles estavam realmente fazendo dentro do acelerador gigante.

Murmúrios estouraram em todo o mundo, e as mentes de Hooper, Krnjaic e seus colegas da física teórica começaram a correr. Quase qualquer explicação para uma nova ruga na física de partículas teria profundas implicações para a história do universo.

Isso porque as menores partículas afetam as maiores forças do universo. As diferenças mínimas nas massas de cada partícula afetam a maneira como o universo se expandiu e evoluiu após o Big Bang. Por sua vez, isso afeta tudo, desde como as galáxias são mantidas juntas até a natureza da própria matéria. É por isso que os cientistas querem medir com precisão como a borboleta bate suas asas.

Os prováveis ​​suspeitos

Até aqui, existem três principais explicações possíveis para os resultados do Muon g-2 - se é de fato uma nova física e não um erro.

Uma é uma teoria conhecida como "supersimetria, "que estava na moda no início dos anos 2000, Hooper disse. A supersimetria sugere que cada partícula subatômica tem uma partícula parceira. É atraente para os físicos porque é uma teoria abrangente que explica várias discrepâncias, incluindo matéria escura; mas o Grande Colisor de Hádrons não viu nenhuma evidência dessas partículas extras. Ainda.

Outra possibilidade é que alguns não descobertos, forma relativamente pesada de matéria interage fortemente com múons.

Finalmente, também pode haver alguns outros tipos de partículas de luz exóticas, ainda não descoberto, que interagem fracamente com múons e causam oscilação. Krnjaic e Hooper escreveram um artigo mostrando que partícula de luz, que eles chamam de "Z prime, "poderia significar para o universo.

"Essas partículas deveriam ter existido desde o Big Bang, e isso significaria outras implicações, por exemplo, eles poderiam ter um impacto sobre a rapidez com que o universo estava se expandindo em seus primeiros momentos, "Krnjaic disse.

Isso poderia se encaixar com outro mistério que os cientistas estão ponderando, chamada de constante de Hubble. Esse número deve indicar o quão rápido o universo está se expandindo, mas varia ligeiramente de acordo com a maneira como você o mede - uma discrepância que pode indicar uma peça que falta em nosso conhecimento.

Ha outro, possibilidades mais distantes, tal como os múons estão sendo empurrados por partículas piscando dentro e fora da existência de outras dimensões. ("Uma coisa de que os físicos de partículas raramente são acusados ​​é a falta de criatividade, "disse Hooper.)

Mas os cientistas disseram que é importante não descartar as teorias imediatamente, não importa o quão selvagem eles possam soar.

"Não queremos ignorar algo só porque parecia estranho, "disse Hooper." Estamos constantemente tentando sacudir as árvores para colocar todas as ideias que podemos lá fora. Queremos caçar isso em todos os lugares onde possa estar escondido. "

Passos Sigma

O primeiro passo, Contudo, é para confirmar que o resultado do Muon g-2 é verdadeiro. Os cientistas têm um sistema para saber se os resultados de um experimento são reais e não apenas uma falha nos dados. O resultado anunciado em abril atingiu 4,2 sigma; o benchmark que significa que é quase certo é 5 sigma.

"Se for física realmente nova, estaremos muito mais perto de saber em um ou dois anos, "disse Hooper. O experimento Muon g-2 tem muito mais dados para analisar. Enquanto isso, os resultados de alguns cálculos teóricos muito complicados - tão complexos que até mesmo os supercomputadores mais poderosos do mundo precisam mastigá-los por meses a anos - deveriam estar caindo no pico.

Esses resultados, se eles chegarem a um nível de confiança de 5 sigma, indicará aos cientistas para onde ir em seguida. Por exemplo, Krnjaic ajudou a propor um programa do Fermilab chamado M3 que poderia estreitar as possibilidades disparando um feixe de múons contra um alvo de metal - medindo a energia antes e depois que os múons atingissem. Esses resultados podem indicar a presença de uma nova partícula.

Enquanto isso, na fronteira franco-suíça, o Large Hadron Collider está programado para ser atualizado para uma luminosidade mais alta que produzirá mais colisões. Novas evidências de partículas ou outros fenômenos podem surgir em seus dados.

Todo esse entusiasmo por uma oscilação pode parecer uma reação exagerada. Mas pequenas discrepâncias podem, e tem, levou a grandes abalos. Na década de 1850, astrônomos medindo a órbita de Mercúrio notaram que ela estava um pouco diferente do que a teoria da gravidade de Newton previa. "Essa anomalia, junto com outras evidências, eventualmente nos levou à teoria da relatividade geral, "disse Hooper.

"Ninguém sabia do que se tratava, mas fez com que as pessoas pensassem e experimentassem. Minha esperança é que um dia olharemos para trás para este resultado de múon da mesma maneira. "