A batalha pelo peso de uma partícula difícil de detectar está esquentando. O que está em jogo? Apenas a principal teoria que descreve toda a matéria conhecida no universo.
Um recálculo da massa de uma partícula elementar, o bóson W, aumentou a tensão entre as medições de experimentos concorrentes de colisores de partículas. O resultado final pode reforçar o modelo padrão da física de partículas, que descreve as forças fundamentais e os bits quânticos que compõem tudo o que vemos no cosmos. Ou pode revelar sinais de colapso do modelo padrão, dependendo da resposta do laboratório que prevalecer.
Uma reanálise de dados antigos do experimento ATLAS do Large Hadron Collider produz uma massa de bóson W de cerca de 80.360 milhões de elétron-volts, ou MeV. Os pesquisadores do experimento, no CERN em Genebra, relataram a medição em 23 de março na conferência Rencontres de Moriond em La Thuile, Itália. O valor revisado está estreitamente alinhado com as previsões do modelo padrão.
Ele também possui incerteza reduzida da análise anterior dos dados dos pesquisadores, que eles relataram em 2018, aumentando sua confiança de que acertaram a massa.
Mas a massa atualizada está em desacordo com a de outro grupo. Em 2022, cientistas do experimento Collider Detector no Fermilab, ou CDF, chocaram a comunidade física com uma medição de 80.434 MeV – cerca de 100 MeV mais pesado do que o esperado (SN: 07/04/22). Se o relatório do CDF estiver correto, isso implica que algo está errado com o modelo padrão que perseverou diante de todos os desafios experimentais lançados nos últimos 50 anos.
O bóson W é responsável pela força fraca, uma das três forças fundamentais no modelo padrão (SN: 2/5/83). E “é a única massa de uma partícula no modelo padrão que pode ser calculada”, diz o físico teórico Sven Heinemeyer, do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha. Ou seja, a teoria do modelo padrão produz uma massa específica para o bóson W, enquanto as massas de outras partículas, como elétrons e quarks, são entradas e podem ser – no que diz respeito à teoria – qualquer valor. Encontrar uma massa do bóson W diferente das previsões do modelo padrão mostraria que a teoria atual está errada.
A reanálise do ATLAS oferece um contraponto mais forte à reivindicação do CDF do que a análise anterior do ATLAS dos mesmos dados. “A nova análise é uma confirmação importante do nosso resultado anterior”, diz Andreas Hoecker, físico do CERN.
O valor ATLAS mais recente amplia o abismo que separa a medição de massa do CDF do rebanho de outros estudos. Mas isso não deve ser visto como apagando o desafio do modelo padrão do CDF, diz o físico Ashutosh Kotwal da Duke University, membro da colaboração do CDF.
“A perspectiva sobre o CDF [announcement of a heavy W boson in 2022] não muda por causa da reanálise do ATLAS”, diz Kotwal. Como a reanálise é baseada em dados que o ATLAS já divulgou em 2017, ele diz, “o fato de o ATLAS obter um valor semelhante ao anterior é de se esperar”.
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Heinemeyer, que não é afiliado ao ATLAS ou CDF, vê uma mudança na paisagem de massa do bóson W, mas nenhum sinal de resolução da discrepância.
“Ter uma nova medição não é suficiente”, diz Heinemeyer. “Se mais e mais medições saíssem agora do ATLAS e [other experiments]e todos estariam no mesmo estádio, em algum momento a comunidade decidiria que o CDF fez algo errado.”
A próxima palavra sobre a massa do bóson W provavelmente virá com estudos pendentes do ATLAS e outros experimentos do CERN. O experimento CDF foi encerrado em 2011, portanto não contribuirá mais para o debate.
Enquanto isso, os pesquisadores esperam examinar as análises uns dos outros para procurar pistas que possam ajudar a explicar as discrepâncias nas medições de massa do bóson W. “O documento CDF de abril de 2022 fornece uma série de verificações cruzadas da metodologia CDF e é transparente”, diz Kotwal. “Estou ansioso por discussões detalhadas sobre a metodologia ATLAS.”
No final, o conflito pode revelar uma nova rachadura no modelo padrão. Ou pode ser outro exemplo de uma das teorias mais bem-sucedidas da história.
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