Rudolf Cole
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A teoria dominante da física de partículas explica tudo sobre o mundo subatômico ... exceto as partes que não explica. E, infelizmente, não existem muitos adjetivos lisonjeiros que possam ser aplicados ao chamado Modelo Padrão. Construída aos poucos ao longo de décadas, esta teoria da física fundamental é melhor descrita como desajeitada, confusa e MacGyver-unida com pedaços de barbante e chicletes.
Ainda assim, é um modelo incrivelmente poderoso que prevê com precisão uma enorme variedade de interações e processos.
Mas ele tem algumas deficiências gritantes: ele não incorpora gravidade; não pode explicar as massas de várias partículas, algumas das quais conferem força; não tem uma explicação para determinado comportamento do neutrino; e diretamente não tem uma resposta para a existência de matéria escura.
Então, temos que descobrir algo. Precisamos ir além do Modelo Padrão para entender melhor nosso universo.
Infelizmente, muitos dos principais candidatos a explicar esse grande além - as chamadas teorias supersimétricas - foram descartados ou severamente limitados nos últimos anos. Ainda existe um conceito de ave-maria que poderia explicar as partes misteriosas do universo não cobertas pelo modelo padrão, no entanto: partículas supersimétricas de vida longa, às vezes chamadas de espartículas. Mas, infelizmente, uma recente pesquisa por essas partículas estranhas voltou de mãos vazias. [As 11 maiores perguntas sem resposta sobre a matéria escura]
Simetria não tão super
De longe, o conjunto de teorias mais moderno que ultrapassa os limites do modelo padrão atual é agrupado em uma classe de ideias conhecida como supersimetria. Nesses modelos, os dois principais campos de partículas na natureza ("bósons", como os fótons familiares; e "férmions" - como elétrons, quarks e neutrinos) na verdade têm um tipo estranho de relacionamento entre irmãos. Cada bóson tem um parceiro no mundo do férmion e, da mesma forma, cada férmion tem um bóson amigo para chamar de seu.
Nenhum desses parceiros (ou mais apropriadamente no jargão confuso da física de partículas - "superparceiros") está na família normal de partículas conhecidas. Em vez disso, eles são tipicamente muito, muito mais pesados, estranhos e geralmente mais estranhos.
Essa diferença de massa entre as partículas conhecidas e suas superparceiras é o resultado de algo chamado quebra de simetria. Isso significa que em altas energias (como o interior dos aceleradores de partículas), as relações matemáticas entre as partículas e seus parceiros estão em uma quilha uniforme, levando a massas iguais. Em baixas energias (como os níveis de energia que você experimenta na vida normal, cotidiana), no entanto, essa simetria é quebrada, fazendo com que as massas de partículas parceiras disparem. Esse mecanismo é importante porque também pode explicar potencialmente por que, por exemplo, a gravidade é tão mais fraca do que as outras forças. A matemática é um pouco complicada, mas a versão resumida é esta: algo quebrou no universo, fazendo com que as partículas normais se tornassem drasticamente menos massivas do que suas superparceiras. Essa mesma ação de quebra pode ter punido a gravidade, diminuindo sua força em relação às outras forças. Nifty. [6 fatos estranhos sobre a gravidade]
Vida longa e próspera
Para caçar a supersimetria, um grupo de físicos instalou e construiu o destruidor de átomos chamado Grande Colisor de Hádrons, que após anos de árdua pesquisa chegou à surpreendente mas decepcionante conclusão de que quase todos os modelos de supersimetria estavam errados.
Opa.
Simplificando, não podemos encontrar nenhuma partícula de parceiro. Zero. Zilch. Nada. Nenhum indício de supersimetria apareceu no colisor mais poderoso do mundo, onde as partículas são lançadas em torno de uma engenhoca circular quase na velocidade da luz antes de colidirem umas com as outras, o que às vezes resulta na produção de novas partículas exóticas. Isso não significa necessariamente que a supersimetria esteja errada, por si só, mas todos os modelos mais simples agora foram descartados. É hora de abandonar a supersimetria? Talvez, mas pode haver uma Ave Maria: partículas de vida longa.
Normalmente, na terra da física de partículas, quanto mais massivo você é, mais instável você é e mais rápido irá decair em partículas mais simples e leves. É assim que as coisas são. Uma vez que se espera que todas as partículas parceiras sejam pesadas (caso contrário, já as teríamos visto), esperávamos que elas se decomporiam rapidamente em chuvas de outras coisas que poderíamos reconhecer, e então teríamos construído nossos detectores de acordo.
Mas e se as partículas parceiras tivessem vida longa? E se, por alguma peculiaridade da física exótica (dê aos teóricos algumas horas para pensar sobre isso, e eles virão com peculiaridades mais do que suficientes para que isso aconteça), essas partículas conseguirem escapar dos limites de nossos detectores antes de decair obedientemente em algo menos estranho? Nesse cenário, nossas buscas seriam completamente vazias, simplesmente porque não estávamos olhando para longe o suficiente. Além disso, nossos detectores não são projetados para olhar diretamente para essas partículas de vida longa.
ATLAS para o resgate
Em um artigo recente publicado online em 8 de fevereiro no servidor de pré-impressão arXiv, membros da colaboração ATLAS (abreviatura um tanto estranha para A Toroidal LHC ApparatuS) no Large Hadron Collider relataram uma investigação sobre essas partículas de vida longa. Com a configuração experimental atual, eles não puderam pesquisar todas as possíveis partículas de vida longa, mas foram capazes de pesquisar partículas neutras com massas entre 5 e 400 vezes a do próton.
A equipe do ATLAS procurou por partículas de vida longa não no centro do detector, mas em suas bordas, o que teria permitido que as partículas viajassem de alguns centímetros a alguns metros. Isso pode não parecer muito longe em termos de padrões humanos, mas para partículas massivas e fundamentais, pode muito bem ser o limite do universo conhecido.
Claro, esta não é a primeira pesquisa por partículas de vida longa, mas é a mais abrangente, usando quase todo o peso de cargas de registros experimentais no Grande Colisor de Hádrons.
E o grande resultado: nada. Zero. Zilch. Nada.
Nem um único sinal de qualquer partícula de vida longa.
Isso significa que a ideia também está morta? Não exatamente - esses instrumentos não foram realmente projetados para caçar esses tipos de feras e estamos apenas sobrevivendo com o que temos. Pode levar outra geração de experimentos projetados especificamente para capturar partículas de vida longa antes de realmente pegarmos um.
Ou, o que é mais deprimente, eles não existem. E isso significaria que essas criaturas - junto com seus parceiros supersimétricos - são realmente apenas fantasmas sonhados por físicos febris, e o que realmente precisamos é de uma estrutura totalmente nova para resolver alguns dos problemas pendentes da física moderna.
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Originalmente publicado em .
Paul M. Sutter é astrofísico em The Ohio State University, anfitrião de Pergunte a um astronauta e Rádio Espacial, e autor de Seu lugar no universo.