Primeira medição da largura do bóson W no LHC

Em um novo estudo realizado no LHC, os físicos conseguiram determinar a largura exata do bóson W, uma partícula fundamental envolvida em interações fracas na natureza.

Partículas fundamentais como o bóson W

A descoberta do bóson de Higgs em 2012 marcou um avanço significativo em nossa compreensão da física fundamental, preenchendo uma lacuna crucial no Modelo Padrão. No entanto, esse avanço deixou constantes questionamentos: o que está além dessa estrutura estabelecida? Onde estão os novos fenômenos que poderiam revelar os mistérios remanescentes do universo, como a natureza da matéria escura e a origem da assimetria da matéria e da antimatéria?

Para explorar essas questões, os pesquisadores recorrem a outras partículas fundamentais, como o bóson W, que está envolvido na força nuclear fraca, que é uma das quatro forças fundamentais da natureza. Essas interações são responsáveis por processos como o decaimento beta dos núcleos atômicos. Mais especificamente, o papel deste bóson é carregar forças fracas, o que lhe permite influenciar o decaimento das partículas.

A importância da massa

O estudo da largura do bóson W é de particular importância. Essa medida é um parâmetro crucial que pode fornecer pistas sobre novos fenômenos físicos além do Modelo Padrão.

Como parte do estudo, a colaboração ATLAS fez uma nova medição da largura do bóson W no LHC usando dados de colisões próton-próton. Observe que a largura de uma partícula está diretamente relacionada à sua vida útil e prevê como ela decairá em outras partículas. Portanto, qualquer desvio significativo das estimativas pode indicar a presença de fenômenos inexplicáveis.

Para esclarecer, quando o bóson W decai, ele se transforma em outras partículas, como elétrons ou múons, bem como neutrinos. Todos eles têm um momento ou energia específica que pode ser medida e analisada por detectores. Ao estudar cuidadosamente essas propriedades cinemáticas, os pesquisadores podem reconstruir as características de decaimento do bóson W, o que torna possível determinar a largura natural desse decaimento, ou seja, a faixa de momento possível das partículas emitidas.

Ao comparar a medida experimental da largura do bóson W com previsões teóricas baseadas no Modelo Padrão, os cientistas poderão avaliar se há discrepâncias significativas entre os dois. Se este for o caso, pode eventualmente indicar a presença de novas partículas ou novas interações.

Quais foram os resultados?

Usando essa abordagem, os pesquisadores obtiveram uma nova medição de 2.202 ± 47 MeV. Esta é a medição mais precisa já feita em um experimento. Embora seja ligeiramente superior ao valor previsto pelo modelo padrão (com uma precisão de 2,5 desvios-padrão), permanece consistente com ele em um nível estatisticamente significativo.

Em paralelo, o ATLAS também mediu a massa do bóson W, que agora é estimada em 80.367 ± 16 MeV, fornecendo uma atualização precisa desse valor fundamental. Novamente, os resultados são consistentes com as previsões do Modelo Padrão, reforçando a robustez dessa teoria bem estabelecida. No entanto, esses avanços são apenas os primeiros de uma série de medições futuras. Análises futuras usando grandes conjuntos de dados devem reduzir ainda mais as incertezas estatísticas e experimentais.

Os detalhes do estudo são publicados no servidor de pré-impressão arXiv.