No momento de receber um presente de aniversário, algumas pessoas se apressam em desempacotá-lo para ver o que está lá dentro. Outras preferem examinar o pacote, tentando adivinhar seu conteúdo a partir de sua forma, tamanho, peso ou até pelo som que ele faz quando é sacudido.
Representação de uma colisão registrada pelo detector CMS, cuja assinatura pode indicar a desintegração de um méson B0 em um méson K*0 e um par de múons (representados pelas linhas vermelhas). O méson K*0 se desintegra então em um méson K+ (representado pela linha magenta) e um méson π- (representado pela linha verde).
Imagem: CMS/CERN
As análises realizadas pelos cientistas sobre os conjuntos de dados obtidos no Grande Colisor de Hádrons (LHC), destinadas a descobrir novos fenômenos de física, como novas partículas, geralmente se baseiam em uma dessas duas abordagens. Procurar diretamente um tipo específico de nova partícula é como abrir imediatamente seu presente de aniversário, enquanto adotar uma estratégia indireta baseada nas sutilezas da mecânica quântica se assemelha mais a um estudo minucioso de seu embrulho para adivinhar seu conteúdo.
Na conferência anual LHCP, que aconteceu na semana passada em Boston, a colaboração CMS apresentou o método que utilizou para buscar uma nova física através das raras desintegrações de uma partícula chamada méson B0.
O processo físico que leva uma partícula a se desintegrar em partículas mais leves pode ser influenciado por novas partículas, que ainda não foram observadas por serem pesadas demais para serem produzidas no LHC. As mudanças induzidas por essas partículas no processo de desintegração podem ser medidas e comparadas com as previsões do Modelo Padrão da física de partículas. Da mesma forma que é possível obter informações sobre o conteúdo de um presente inspecionando seu embrulho de todos os ângulos, também é possível detectar um indício de nova física a partir de uma discrepância em relação às previsões do Modelo Padrão.
O processo de desintegração do méson B0, composto por um quark b e um quark d, em um méson K*0 (composto por um quark s e um quark d) e um par de múons se presta particularmente bem a essa abordagem. Essa desintegração passa por uma transição rara, chamada de "pingüim", altamente sensível à influência de novas partículas pesadas.
Para realizar este novo estudo, a equipe do CMS se baseou no conjunto de dados coletados pelo detector entre 2016 e 2018, durante o segundo período de operação do LHC, a fim de examinar o "pacote" de produtos de desintegração do B0. Este "pacote" permite abordar uma nova física por diferentes métodos. Primeiramente, pesando o pacote, ou seja, medindo a frequência com a qual ocorre essa desintegração. Também é possível pegar dois pacotes gêmeos, por exemplo, um correspondendo a uma desintegração em um par de múons e outro a uma desintegração em um par de elétrons, e verificar se têm a mesma massa.
Para o novo estudo, os cientistas do CMS examinaram a forma do pacote, analisando a distribuição da energia do méson B0 parental entre as partículas da desintegração e medindo os ângulos dos produtos da desintegração. A equipe então determinou um conjunto de parâmetros a partir dessas energias e ângulos, antes de comparar os resultados com dois conjuntos de previsões do Modelo Padrão.
Para a maioria dos parâmetros, os resultados concordam com esses dois conjuntos de previsões. No entanto, para os parâmetros chamados P'5 e P2, assim como para certas energias dos dois múons, os resultados mostram uma tensão com as previsões. De modo geral, os novos resultados do CMS são consistentes com os resultados anteriores dos experimentos ATLAS, LHCb e Belle, e até mesmo melhoram sua precisão.
Infelizmente, um pinguim travesso, embora encantador, estragou a festa. A presença de um quark c nessa rara transição chamada de "pinguim" contradiz as previsões do Modelo Padrão e torna difícil qualquer conclusão. Para avançar nessa questão, os cientistas agora contam com melhores previsões, um maior número de dados e o aprimoramento das técnicas de análise.
Mais informações no site do CMS.