Medição que contesta teoria da física é revalidada

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Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/03/2025

Tens?o do b?son W

Talvez voc? nunca tenha ouvido falar do b?son W, mas esta ? uma das part?culas fundamentais mais importantes do Universo: Como part?cula portadora da for?a que viabiliza a fus?o nuclear das estrelas, sem o b?son W o Universo inteiro estaria no escuro, al?m do que n?o teria sido formada a maioria dos elementos qu?micos.

Mas h? um problema s?rio envolvendo nossa compreens?o do b?son W: As duas medi??es mais precisas feitas at? hoje de sua massa - essencialmente quanta mat?ria a part?cula cont?m - n?o se alinham.

Assim como nas grandes escalas da cosmologia h? uma discrep?ncia significativa entre diferentes medi??es da taxa de expans?o do Universo, conhecida como tens?o de Hubble, h? tamb?m uma "tens?o do b?son W" no mundo subat?mico.

Em 2022, o experimento CDF mediu cerca de 4 milh?es de b?sons W produzidos por um dos maiores aceleradores de part?culas do mundo, o Fermilab, e concluiu que as part?culas eram significativamente mais pesadas do que o previsto pela teoria mais importante da f?sica de part?culas. Em outras palavras, a medi??o da massa do b?son W feita pelo CDF contestou as previs?es da f?sica.

Em 2024, a calma pareceu retornar ao mundo da f?sica, conforme o maior acelerador de part?culas do mundo, o LHC, mediu a massa do b?son W e encontrou exatamente o valor esperado.

Mas agora tudo voltou ? estaca zero: Uma auditoria de todos os poss?veis erros existentes nas medi??es acaba de dar raz?o ?s medi??es do CDF, cujos valores da massa do b?son W contestam os valores previstos pela teoria.

Medi??o da massa do b?son W

A incompatibilidade entre os dois experimentos sugere que uma - ou ambas - as equipes deixaram passar alguma coisa. ? poss?vel que haja uma falha potencial escondida em uma das t?cnicas, ou que uma das equipes tenha ignorado alguma fonte de erro.

O professor Ashutosh Kotwal, da Universidade de Duke, nos EUA, decidiu ent?o procurar pelos eventuais erros, analisando cada aspecto da medi??o an?mala do CDF em busca de uma explica??o para o porqu? de os dois grupos terem chegado a respostas t?o diferentes.

Parte do problema ? que pesar o b?son W ? uma medi??o terrivelmente complicada de fazer. A part?cula ? produzida por colis?es que ocorrem quase ? velocidade da luz, e tem vida curta, desintegrando-se quase imediatamente ap?s ser formada, aparecendo nos aceleradores de part?culas por menos de um trilion?simo de trilion?simo de segundo antes de decair.

Ent?o, os cientistas precisam pesar o b?son W indiretamente, inferindo sua massa estudando as chuvas de part?culas produzidas pelos b?sons em decomposi??o. Primeiro ? preciso medir cuidadosamente as energias e os momentos desses detritos voadores conforme eles surgem no detector, e ent?o trabalhar de tr?s para frente, usando as leis de conserva??o de energia e momento para determinar a massa do b?son W.

Mas ? mais dif?cil do que parece, porque as part?culas n?o se movem em linhas retas: Elas tra?am um arco enquanto se curvam em torno do campo magn?tico do detector. A parte fundamental do detector CDF era uma c?mara em forma de lata, com 30.240 fios de alta voltagem que registravam e determinavam a posi??o 3D de cada part?cula de decaimento em 96 pontos diferentes, ? medida que a part?cula se afastava do ponto de colis?o - o acelerador n?o est? mais em funcionamento, mas as equipes continuam trabalhando nos dados que ele coletou ao longo dos anos.

H? muito espa?o para erros. "E se os fios n?o estivessem exatamente onde pens?vamos que estavam, e n?o perceb?ssemos?" ilustra Kotwal. "Suponha que a c?mara de fios fosse comprimida ou dobrada de uma maneira espec?fica, ent?o todas as posi??es dos fios estariam ligeiramente erradas."

Agir como cientistas

Kotwal se concentrou em encontrar erros no experimento CDF, j? que ele ? que apontou uma incoer?ncia na teoria, que n?o apareceu nas medi??es do LHC. Para isso, ele examinou todos os mais sutis poss?veis desalinhamentos dos fios que poderiam colocar o resultado em d?vida.

Mesmo levando em conta mudan?as min?sculas poss?veis nos fios dentro da c?mara, a energia cin?tica de uma part?cula ainda pode ser medida com a precis?o citada pelos respons?veis pela medi??o, de 25 partes por milh?o. "Todas as mudan?as poss?veis foram verificadas e consideradas muito pequenas para fazer diferen?a," disse Kotwal.

"Dessa perspectiva, a medi??o do CDF est? correta," concluiu Kotwal.

A expectativa agora ? que a equipe do LHC fa?a o mesmo com suas medi??es, j? que construir um novo acelerador de part?culas, maior, mais poderoso e com instrumentos mais precisos ? um empreendimento de d?cadas e bilh?es de d?lares.

"O que todos n?s dever?amos fazer n?o ? tirar conclus?es precipitadas, mas sim investigar e descobrir quais m?todos s?o certos e quais s?o errados," disse Kotwal. "? assim que os cientistas devem fazer, certo?"

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