As simetrias fazem o mundo girar, mas as assimetrias também. Um caso em questão é uma assimetria conhecida como assimetria de paridade de carga (CP), que é necessária para explicar por que a matéria supera em muito a antimatéria no universo atual, embora ambas as formas de matéria devam ter sido criadas em quantidades iguais no Big Bang. .
O Modelo Padrão da física de partículas – a teoria que melhor descreve os blocos de construção da matéria e suas interações – inclui fontes de assimetria CP, e algumas dessas fontes foram confirmadas em experimentos. No entanto, essas fontes do Modelo Padrão geram coletivamente uma quantidade de assimetria de CP que é muito pequena para explicar o desequilíbrio matéria-antimatéria no universo, levando os físicos a procurar novas fontes de assimetria de CP.

Em duas investigações independentes recentes, as colaborações internacionais ATLAS e CMS no Large Hadron Collider (LHC) se voltaram para o bóson de Higgs que descobriram dez anos atrás para ver se essa partícula única esconde uma nova e desconhecida fonte de assimetria de CP.

As equipes do ATLAS e do CMS já haviam pesquisado – e não encontraram sinais de – assimetria de CP nas interações do bóson de Higgs com outros bósons, bem como com a partícula fundamental mais pesada conhecida, o quark top. Em seus últimos estudos, ATLAS e CMS buscaram essa assimetria na interação entre o bóson de Higgs e o lépton tau, uma versão mais pesada do elétron.

Para procurar essa assimetria, o ATLAS e o CMS primeiro procuraram bósons de Higgs se transformando, ou "decaindo", em pares de léptons tau em dados de colisão próton-próton registrados pelos experimentos durante a segunda execução do LHC (2015-2018). Eles então analisaram o movimento desse decaimento, ou "cinemática", que depende de um ângulo, chamado ângulo de mistura, que quantifica a quantidade de assimetria CP na interação entre o bóson de Higgs e o lépton tau.

No Modelo Padrão, o ângulo de mistura é zero e, portanto, a interação é CP simétrica, o que significa que permanece a mesma sob uma transformação que troca uma partícula com a imagem espelhada de sua antipartícula. Nas teorias que estendem o Modelo Padrão, entretanto, o ângulo pode se desviar de zero e a interação pode ser parcial ou totalmente CP assimétrica dependendo do ângulo; um ângulo de -90 ou +90 graus corresponde a uma interação totalmente CP-assimétrica, enquanto qualquer ângulo intermediário, exceto 0 graus, corresponde a uma interação parcialmente CP-assimétrica.

Depois de analisar suas amostras de decaimentos do bóson de Higgs em léptons tau, a equipe do ATLAS obteve um ângulo de mistura de 9 ± 16 graus e a equipe do CMS −1 ± 19 graus, ambos os quais excluem uma interação totalmente assimétrica do bóson de Higgs-tau do CP com uma significância estatística de cerca de três desvios padrão.

Os resultados são consistentes com o Modelo Padrão dentro da presente precisão de medição. Mais dados permitirão que os pesquisadores confirmem essa conclusão ou identifiquem a assimetria de CP na interação bóson-tau de Higgs, o que teria um impacto profundo em nossa compreensão da história do universo.

Com a terceira execução do LHC programada para começar em breve, as colaborações ATLAS e CMS não precisarão esperar muito antes que possam alimentar mais dados em seus kits de análise para descobrir se o bóson de Higgs esconde ou não uma nova fonte de CP assimetria. + Explorar mais

Concentrando-se na interação do bóson de Higgs com o quark charm