Existem muitas questões em aberto sobre o Modelo Padrão da física de partículas (SM), que é atualmente a melhor descrição que temos do mundo da física de partículas. Físicos experimentais e teóricos competem entre si numa competição saudável para examinar o SM e identificar partes dele que requerem explicação adicional, além das deficiências bem conhecidas do modelo, como as massas de neutrinos.



Experimentos realizados no LHC e em outras instalações do CERN podem detectar assinaturas específicas onde os dados se desviam ligeiramente das previsões teóricas. É crucial continuar a explorar se tais desvios potenciais poderiam revelar uma nova física ou ser explicados pelo SM.

Para distinguir o sinal do fundo numa experiência, os físicos teóricos precisam calcular todos os processos complexos com extrema precisão. Isto envolve examinar detalhes finos, incluindo quantidades observáveis, como o número de eventos ou detalhes cinemáticos de um processo específico que poderia revelar a pegada de um fenômeno ainda desconhecido.

Tais cálculos melhoram, por exemplo, a precisão das medições de massa do bóson W e do quark top, bem como a forte constante de acoplamento.

A força forte e seu acoplamento são os menos conhecidos de todos no SM, mas governam quase todos os processos no LHC. Além disso, cálculos de precisão ajudam a desenvolver novas técnicas para descrever processos de espalhamento e como simulá-los de forma eficiente.

Esses cálculos já eram desafiadores durante a era LEP, mas o LHC os levou a um novo nível, levando a uma explosão na complexidade computacional e, portanto, à necessidade de novos métodos para calcular processos de espalhamento.

Vários aspectos dos cálculos de precisão tornaram-se essenciais para a análise de dados em experimentos modernos:por exemplo, eles são necessários para o cálculo de amplitudes de espalhamento complexas que descrevem o estado final imediatamente após uma colisão, como a produção de três partículas após a colisão de dois prótons .

Um exemplo proeminente é a produção associada do bóson de Higgs, especificamente com dois quarks superiores. Devido aos muitos mecanismos de produção e estados finais possíveis, a nova física pode entrar de muitas maneiras diferentes. Os físicos teóricos devem, portanto, calcular cada modo de produção com alta precisão.

O cálculo de amplitudes de espalhamento é apenas uma pequena parte do campo mais amplo de cálculos de precisão. Outro são os geradores de eventos de Monte Carlo. Esses cálculos visam descrever todas as etapas do processo de espalhamento, desde as poucas partículas produzidas na colisão até as centenas de partículas observadas no detector. Em cada etapa, a física subjacente é interpretada probabilisticamente e simulada com métodos de Monte Carlo, essenciais para simulações que podem ser adotadas por experimentos como um controle robusto sobre incertezas sistemáticas em suas análises.

Um exemplo crucial é a fusão vetor-bóson, onde dois quarks se espalham e trocam um bóson fraco que cria um bóson de Higgs, entre outras partículas. Calcular este processo com um gerador de Monte Carlo é uma tarefa muito complexa, mas importante, uma vez que a nova física pode potencialmente esconder-se nos detalhes do estado final.

"Algumas décadas atrás, isso não era possível. Agora, nossa capacidade de descrever os dados com até 5% de precisão ou melhor mostra o poder dos cálculos de primeiros princípios e sua capacidade de refletir com precisão a complexidade de um ambiente de colisor de hádrons, como como o LHC, estou realmente ansioso para ver o que a era do LHC de alta luminosidade e dos futuros aceleradores trará", diz Pier Monni, físico teórico do CERN.

Fornecido pelo CERN