Física de altas energias ajuda a decifrar composição do Universo

A  Física experimental de altas energias teve presença destacada na edição do ultimo dia 6 da prestigiosa  Physical Review Letters. Foram publicados nada menos que seis artigos, envolvendo quatro grandes colaborações internacionais. Todas, exceto uma, contam com importante participação brasileira.

O maior numero de trabalhos foi de autoria da equipe do LHCb (sigla para Large Hadron Collider beauty), com três artigos publicados sobre seus resultados [1-3], todos indicados como  “Editors' Suggestion”. Um deles [1] investiga  um problema fundamental da cosmologia, que diz respeito à composição do Universo: Por que ele é feito todo de matéria, e não de antimatéria?

O esforço identificou fenômenos conhecidos como violações de CP (carga-paridade) na desintegração do méson carregado B, coletando e analisando resultados de experimentos realizados no LHC (Large Hadron Collider) do CERN (Centro Europeu de Pesquisa Nuclear).  Essa é uma partícula composta por um quark up e um antiquark bottom. Essas violações podem ajudar a explicar porque matéria e antimatéria têm processos de decaimento diferentes, o que ajudaria a compreender porque havia, após o Big Bang, uma ligeira preferência por matéria, o que por sua vez explica a atual composição do Universo.

Além dos trabalhos do LHCb, a PRL trouxe artigos sobre realizações de outros dois experimentos também instalados instalados no CERN. Um [4] diz respeito ao experimento ALICE (A Large Ion Collider Experiment), e o outro [5], também indicado na lista de “Editor’s Suggestion”, está ligado ao experimento CMS (Compact Muon Solenoid).

Completa o sexteto de trabalhos experimentais em altas energias a  publicação [6] relativa ao experimento BaBar (sigla inspirada nos pares de mesons B/B-barra), instalado no Stanford Linear Accelerator Center, nos Estados Unidos. O BaBar, o único sem participação nacional, também foi originalmente concebido para estudar violações de CP, cuja busca é tema deste artigo.

Confira os seis artigos.

[1] - Measurement of CP Violation in the Phase Space of B±→K±π+π- and B±→K±K+K- Decays
R. Aaij et al. (LHCb)
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i10/e101801
[2] - Measurement of the Bs0→μ+μ- Branching Fraction and Search for B0→μ+μ- Decays at the LHCb Experiment
R. Aaij et al. (LHCb)
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i10/e101805
[3] - Precision Measurement of the Λb0 Baryon Lifetime
R. Aaij et al. (LHCb)
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i10/e102003
[4] - D Meson Elliptic Flow in Noncentral Pb-Pb Collisions at √sNN=2.76  TeV
B. Abelev et al. (ALICE)
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i10/e102301
[5] - Measurement of the Bs0→μ+μ- Branching Fraction and Search for B0→μ+μ- with the CMS Experiment
S. Chatrchyan et al. (CMS)
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i10/e101804
[6] - Search for CP Violation in B0- B̅0 Mixing Using Partial Reconstruction ofB0→D*-Xℓ+νℓ and a Kaon Tag
J. P. Lees et al. (BaBar)
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i10/e101802

Jogo rápido, com Ignacio de Bediaga Hickman (CBPF, participante da colaboração LHCb)

SBF - Violações de CP são importantes por que podem nos levar além do Modelo Padrão, o objetivo declarado do LHC agora que o bóson de Higgs foi detectado. Os fenômenos que vocês estão reportando agora já se encaixam nessa categoria, ou seja, já dão vislumbres do que pode haver além do Modelo Padrão?
Hickman -
 Em um artigo seminal feito na década de 60, o físico soviético Andrei Sakharov fez a conexão entre a violação de CP e a enorme assimetria matéria-antimatéria do Universo. A teoria padrão, através da matriz de mistura dos quarks, permite a existência de  violação de CP, mas em ordem muito inferior àquela necessária para explicar a assimetria matéria-antimatéria do Universo. Por isso se espera por novas fontes dessas violações, além daquelas observadas compatíveis com a teoria padrão. Mas eu não diria em principio que a assimetria encontrada nos nossos trabalhos no LHCb tem uma origem diferente da prevista por esta teoria. 

SBF - Uma das implicações importantes do trabalho é observar diferenças sutis entre matéria e antimatéria, que podem explicar por que o Universo é feito da primeira, e não da segunda. Há resultados conclusivos a esse respeito?
Hickman -
 Qualquer nova fonte de violação da simetria matéria-antimatéria observada experimentalmente é mais um passo de uma longa estrada que teve inicio na década de 1960. Mas, além de novas assimetrias, nossos trabalhos indicaram novas maneiras de se encontrar fontes de violação de CP. De qualquer maneira, a menos de um grande golpe de sorte, acredito que ainda falta muito para chegarmos a resultados conclusivos que expliquem a assimetria matéria-antimatéria do Universo.

SBF - As equipes estão trabalhando duro nas análises de dados colhidos enquanto o LHC está parado, em manutenção. Há uma ansiedade em retomar o experimento para ver o que ele reserva em energias mais altas?
Hickman -
 No caso do LHCb, o aumento de energia de 8 para 14TeV no centro de massa aumenta a probabilidade de serem produzidas mais partículas com quarks Charm e Beauty. Isto significa que teremos a possibilidade de analisar desintegrações muito raras dessas partículas, provavelmente chegaremos perto de encontrar eventos com probabilidades de ocorrerem da ordem de 1 em 1 bilhão de desintegrações. Para as experiência que buscam entender em profundidade as características do bóson de Higgs, bem como por novas partículas previstas por modelos além da teoria padrão, ou mesmo para aquelas que buscam evidências da existência do plasma de quarks e glúons, o aumento de energia terá um papel decisivo. Por isso há de fato uma ansiedade coletiva de voltarmos a coletar dados em 2015.

 

 

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