Na semana passada, na conferência anual Rencontres de Moriond, a colaboração CMS apresentou uma medição do ângulo de mistura eletrofraca leptônica efetiva. O resultado é a medição mais precisa realizada em um colisor de hádrons até o momento e está de acordo com a previsão do Modelo Padrão.



O Modelo Padrão da física de partículas é a descrição mais precisa até hoje das partículas e suas interações. Medições precisas de seus parâmetros, combinadas com cálculos teóricos precisos, produzem um poder preditivo espetacular que permite determinar os fenômenos antes mesmo de serem observados diretamente.

Desta forma, o modelo restringiu com sucesso as massas dos bósons W e Z (descobertos no CERN em 1983), do quark top (descoberto no Fermilab em 1995) e, mais recentemente, do bóson de Higgs (descoberto no CERN em 2012). ). Depois que essas partículas foram descobertas, essas previsões tornaram-se verificações de consistência do modelo, permitindo aos físicos explorar os limites da validade da teoria.

Ao mesmo tempo, medições precisas das propriedades destas partículas são uma ferramenta poderosa para procurar novos fenómenos para além do Modelo Padrão - a chamada "nova física" - uma vez que novos fenómenos se manifestariam como discrepâncias entre várias quantidades medidas e calculadas.

O ângulo de mistura eletrofraco é um elemento-chave dessas verificações de consistência. É um parâmetro fundamental do Modelo Padrão, determinando como a interação eletrofraca unificada deu origem às interações eletromagnéticas e fracas através de um processo conhecido como quebra de simetria eletrofraca. Ao mesmo tempo, une matematicamente as massas dos bósons W e Z que transmitem a interação fraca. Assim, as medições do W, do Z ou do ângulo de mistura fornecem uma boa verificação experimental do modelo.

As duas medições mais precisas do ângulo de mistura fraco foram realizadas por experimentos no CERN LEP Collider e pelo experimento SLD no Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Os valores discordam entre si, o que intrigava os físicos há mais de uma década. O novo resultado está de acordo com a previsão do Modelo Padrão e é um passo para resolver a discrepância entre este último e as medições LEP e SLD.

“Este resultado mostra que a física de precisão pode ser realizada em colisores de hádrons”, disse Patricia McBride, porta-voz do CMS. "A análise teve que lidar com o ambiente desafiador do LHC Run 2, com uma média de 35 colisões próton-próton simultâneas. Isso abre caminho para uma física mais precisa no LHC de alta luminosidade, onde cinco vezes mais pares de prótons colidirão simultaneamente ."

Os testes de precisão dos parâmetros do Modelo Padrão são legados de colisores elétron-pósitron, como o LEP do CERN, que operou até o ano 2000 no túnel que hoje abriga o LHC. As colisões elétron-pósitron fornecem um ambiente limpo perfeito para medições de alta precisão.

As colisões próton-próton no LHC são mais desafiadoras para este tipo de estudos, embora os experimentos ATLAS, CMS e LHCb já tenham fornecido uma infinidade de novas medições ultraprecisas. O desafio deve-se principalmente aos enormes antecedentes de outros processos físicos além daquele que está sendo estudado e ao fato de que os prótons, ao contrário dos elétrons, não são partículas elementares.

Para este novo resultado, alcançar uma precisão semelhante à de um colisor electrão-pósitron parecia uma tarefa impossível, mas agora foi alcançada.

A medição apresentada pelo CMS usa uma amostra de colisões próton-próton coletadas de 2016 a 2018 a uma energia do centro de massa de 13 TeV e correspondendo a uma luminosidade total integrada de 137 fb ⁻¹ , o que significa cerca de 11 bilhões de milhões de colisões.

O ângulo de mistura é obtido através da análise das distribuições angulares em colisões onde são produzidos pares de elétrons ou múons. Esta é a medição mais precisa realizada num colisor de hádrons até o momento, melhorando as medições anteriores do ATLAS, CMS e LHCb.

Fornecido pelo CERN