A peça final de um detector totalmente novo completou a primeira etapa de sua jornada para desvendar alguns dos mistérios mais duradouros do universo.
O Vertex Locator (VELO) de 41 milhões de pixels foi montado na Universidade de Liverpool. Ele foi montado a partir de componentes feitos em diferentes institutos, antes de viajar para sua casa no experimento de beleza do Large Hadron Collider (LHCb) no CERN.

Uma vez instalado a tempo para a coleta de dados, ele tentará responder às seguintes perguntas:

• Por que o universo é feito de matéria, não de antimatéria?
• Por que existe?
• O que mais está por aí?

Um bom equilíbrio na aurora do espaço e do tempo

Nos momentos imediatamente após o Big Bang, o universo foi pego em um delicado equilíbrio entre matéria e antimatéria.

Pelo que entendemos sobre as leis da natureza, essas formas de matéria deveriam ter se aniquilado e deixado para trás um universo cheio apenas de luz. No entanto, contra todas as probabilidades, a matéria de alguma forma ganhou vantagem e algo foi deixado para formar o universo que conhecemos hoje.

Nossa melhor compreensão da física do Big Bang nos diz que matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais. Quando eles fizeram contato no universo primitivo (muito menor e muito mais denso), toda a sua massa combinada deveria ter sido violentamente transformada em energia pura. Por que e como a matéria sobreviveu ao encontro é um dos mistérios mais profundos da ciência moderna.

A teoria atual é que, embora matéria e antimatéria tenham sido criadas como imagens espelhadas quase perfeitas, deve ter havido algum pequeno desequilíbrio ou defeito. Isso significava que alguns não eram reflexos perfeitos. Essa diferença, por menor que seja, pode ter sido suficiente para dar vantagem à matéria.

Através do espelho

Os cientistas já encontraram uma pequena rachadura no espelho, chamada violação de paridade de carga (CP). Isso significa que, em alguns casos, a simetria da reflexão da matéria e da antimatéria é quebrada.

Isso resulta em uma partícula que não é o oposto perfeito de sua gêmea, e essa "simetria quebrada" pode significar que uma partícula pode ter uma vantagem sobre a outra.

Quando essa simetria é quebrada, uma partícula de antimatéria pode decair em uma taxa diferente de sua contraparte de matéria. Se muitas dessas violações ocorreram após o Big Bang, isso pode explicar por que a matéria sobreviveu.

Ao se comportar de maneira diferente de seus equivalentes de antimatéria, é possível que partículas de matéria com simetria quebrada tenham demorado um pouco mais para decair. Se isso fizesse com que a matéria ficasse um pouco mais, poderia explicar como foi a última de pé.

O profundo desconhecido

Por que a matéria sobreviveu não é o único mistério do universo. Há outra questão que intriga os cientistas:o que poderia ser a matéria escura?

A matéria escura é um tipo de matéria indescritível e invisível que fornece a cola gravitacional para manter as estrelas se movendo em torno das galáxias. Como ainda não sabemos o que é a matéria escura, pode ser que existam outras partículas e forças novas no universo que ainda não vimos.

Descobrir algo novo pode revelar uma imagem da natureza radicalmente diferente da que temos. Novas partículas como essas podem se anunciar alterando sutilmente a maneira como as partículas que vemos se comportam, deixando traços pequenos, mas detectáveis ​​em nossos dados.

A beleza e o charme do VELO

O novo detector VELO, que substituirá o antigo detector VELO, será usado para investigar as sutis diferenças entre as versões de matéria e antimatéria de partículas que contêm partículas subatômicas. Estes são conhecidos como quarks de beleza e quarks de charme.

Essas partículas exóticas contendo quarks, também conhecidas como mésons B e D, são produzidas durante colisões dentro do Large Hadron Collider (LHC). Eles são difíceis de estudar porque os mésons são muito instáveis ​​e desaparecem em uma fração de fração de segundo.

Quando eles decaem, no entanto, eles realmente se transformam em outra coisa. Os cientistas acreditam que, estudando esses diferentes decaimentos e suas propriedades, os dados do VELO ajudarão o LHCb a revelar as forças e simetrias fundamentais da natureza.

Medidas incrivelmente precisas

O novo detector VELO ficará o mais próximo possível de onde as partículas colidem no experimento LHCb. Essas partículas decaem em menos de um milionésimo de milionésimo de segundo e viajam apenas alguns milímetros. Portanto, essa proximidade dará ao dispositivo a melhor chance possível de medir suas propriedades.

A sensibilidade do VELO e a proximidade com os feixes do LHC permitirão que ele faça medições incrivelmente precisas das partículas à medida que decaem.

Ao comparar essas leituras com as previsões feitas pelo Modelo Padrão (a teoria orientadora da física de partículas), os cientistas podem procurar desvios que possam sugerir novas partículas na natureza. Eles também podem procurar violações de CP ou outras razões pelas quais a matéria e a antimatéria se comportam de maneira diferente.

Esses desvios podem revolucionar nossa compreensão de por que o universo é o que é.

Construindo o legado do antigo

O VELO pode ser novo e de ponta, mas será construído sobre o legado do detector VELO anterior. O VELO possui um detector de pixels de última geração composto por grades de minúsculos quadrados de silício que oferece alta resolução mesmo no ambiente de radiação desafiador próximo aos feixes do LHC.

Seu antecessor, com suas linhas de detectores de silício empilhados, ajudou o LHCb a fazer descobertas, incluindo:

• Novos estados da matéria.
• Quark de beleza incrivelmente raro decai.
• Diferenças entre quarks charm de matéria e antimatéria.
• A primeira indicação intrigante de um comportamento ainda inexplicável no decaimento do quark beauty.

Visualizações do comportamento das partículas

O líder do projeto VELO do Reino Unido, Professor Themis Bowcock, da Universidade de Liverpool, disse:"Os dados capturados pelo antigo detector VELO nos deram vislumbres realmente tentadores do comportamento das partículas. investigação e é aí que entra o novo detector VELO. Ele nos dá o conjunto preciso de olhos que precisamos para observar partículas no nível de detalhe que precisamos. Muito simplesmente, o VELO torna possível todo o nosso programa de física no LHCb."

Detalhe sem precedentes

O novo VELO será capaz de capturar esses decaimentos em detalhes sem precedentes.

Junte isso com software atualizado e eletrônica de leitura super-rápida que permitirá que quarks de beleza e charme sejam identificados em tempo real. Os cientistas terão um dispositivo que lhes permitirá rastrear e analisar decaimentos que antes eram muito difíceis de reconstruir.

O que também torna o novo detector VELO único é que os cientistas podem tirá-lo do caminho enquanto preparam os feixes de partículas para colisões. Então, eles podem movê-lo mecanicamente para o lugar quando o LHCb estiver pronto para coletar dados.

Isso permite que os cientistas capturem informações claras das primeiras partículas que irradiam das colisões sem desgaste desnecessário do feixe. + Explorar mais

Partícula subatômica vista mudando para antipartícula e vice-versa