Ciência

Ciência Hoje | Quebra de simetriaA ‘anomalia’ da natureza que permitiu que as coisas existissem

Mas a violação de CP foi observada experimentalmente em 1964 – feito que rendeu um Nobel aos físicos norte-americanos James Cronin (1931-2016) e Val Fitch (1923-2015). E esse resultado – que usou partículas subatômicas e mostrou que a natureza privilegia levemente a matéria em detrimento da antimatéria – mudou o rumo da interpretação sobre um problema crucial em cosmologia: por que nosso universo é composto praticamente só por matéria e não antimatéria? Em outros termos, por que a natureza, violando suas próprias leis, privilegiou a primeira?

Em 1967, o físico russo Andrei Sakharov (1921-1989) usou a violação de CP, entre outras condições, para explicar esse desequilíbrio entre matéria e antimatéria em nosso universo. Portanto, entender em detalhes essa violação e seus mecanismos subjacentes seria compreender por que as coisas (galáxias, estrelas, planetas, humanos, animais, plantas, microrganismos etc.) existem.

Vale notar que, ainda em 1956, dois físicos chineses, Tsung-Dao Lee e Chen-Ning Yang, mostraram que havia violação da paridade em fenômenos regidos pela força fraca nuclear, trabalho que lhes rendeu o prêmio Nobel de física do ano seguinte. Esse resultado teórico foi, logo em seguida, comprovado, nos Estados Unidos, pela física também chinesa Chien-Shiung Wu (1912-1997).

Atualmente, o méson B (composto por um quark e um antiquark) é a partícula mais promissora para se estudar a violação de CP. As partículas resultantes da desintegração (ou decaimento) desse méson – que pode ser carga positiva, negativa ou nula – apresentam violação de CP.

Entre os diferentes tipos de decaimento do méson B, dois, em especial, têm apresentado resultados bem intrigantes: o méson B que decai em três mésons pi (B± → π+ ππ± ) e o méson B que decai em dois mésons K e um méson pi (B± → K+ Kπ±).

Para obtermos os mésons B, precisamos de um acelerador de partículas – como o LHC (sigla, em inglês, para Grande Colisor de Hádrons), da Organização Europeia de Pesquisas Nucleares (CERN), em Genebra (Suíça) – capaz de acelerar e colidir prótons a uma velocidade próxima à da luz.

Os méson B resultantes dessas colisões são detectados pelo experimento LHCb, que tem como um de seus objetivos a observação e caracterização da violação de CP.

No caso do LHCb, uma medida de violação de CP consiste em uma contagem simples de partículas. Para cada colisão de prótons, contamos quantos decaimentos foram B+ (nB+) e quantos foram B (nB).

Uma conta igualmente simples – após a remoção de outros eventos que podem influenciar na medida – é feita: (nB – nB+)/(nB + nB+). O resultado – tecnicamente denominado ACP – fornece uma medida de violação de CP.

Se, em 1 mil eventos, tivermos 500 B e 500 B+, então, não temos violação de CP (ACP = 0). Mas os resultados do LHCb reportaram, para B± → π+ ππ±, uma evidência de violação de CP global de 5,8%, considerando os erros associados à medida. Para B± → K+ Kπ±, a violação de CP global reportada é de 12,3%.

Esses valores – publicados no periódico Physical Review D (v. 90, p. 112004, 2014) – não foram surpreendentes, pois o próprio modelo padrão prevê violação de CP nos decaimentos do méson B. Mas a inspeção de uma propriedade desses decaimentos (tecnicamente, o espaço de fase) revelou algo inesperado.

 

Assimetrias locais

Se a quebra de simetria global nos resultados do LHCb não causou muito espanto, sua congênere local foi motivo de muito interesse. Para entendê-la, é preciso dizer que em um decaimento de três corpos (partículas), como o do méson B, as velocidades e energias dos produtos estão vinculadas entre si.

Esse vínculo nos permite construir um ‘gráfico’ (tecnicamente, espaço de fase) a partir dessas variáveis. Cada ponto nesse espaço representa um méson B que foi gerado na colisão de prótons. Porém, o que nos interessa aqui é que esses pontos permitem identificar as chamadas ressonâncias, isto é, partículas intermediárias entre os méson B e os produtos finais (mésons π ou mésons K).

A observação de regiões desse gráfico – que mostram ou excesso, ou ausência de pontos – revela comportamento que não é semelhante ao decaimento global. Algumas dessas regiões mostraram valores bem elevados de assimetria.

Em especial, determinada região do espaço de fase apresentou violação de CP de 44,7%, para o B± → π+ ππ±, e de – 66,4% para o B± → K+ Kπ±. Esses resultados estão, respectivamente, em Physical Review Letters (v. 124, p. 031801, 2020) e Physical Review Letters (v. 123, p. 231802, 2019).

Um dos atores por trás desses altos percentuais de violação de CP é um mecanismo conhecido como reespalhamento – para a física de altas energias, espalhamento pode ser entendido como a colisão de duas partículas; portanto, reespalhamento, é quando esse processo ocorre mais de uma vez.

Por meio dele, nos dois decaimentos em questão do méson B, um par ππ se transforma em um par KK. O reespalhamento também explica por que um decaimento é positivo e outro negativo: isso se dá pelo fato de um decaimento se ‘transformar’ em outro.

Outros mecanismos podem estar por trás desses elevados valores de violação de CP. E isso aumenta ainda mais a importância desse tipo de análise.

 

Com neutrinos

Nesse contexto de estudos com partículas elementares, os experimentos de neutrinos têm, para o modelo padrão, resultados ainda mais dramáticos que os com méson B.

Neutrinos são partículas elementares, com massa extremamente diminuta – fato descoberto nos últimos anos – e extremamente fugidias – por exemplo, podem atravessar enormes volumes de massa, como a Terra, sem ‘colidir’ (interagir) com a matéria. Como vimos, há três tipos deles: neutrino do elétron, neutrino do múon e neutrino do tau.

O mistério em relação a essas partículas – teorizadas ainda em 1930 – começou na década de 1960. O experimento Homestake (Estados Unidos) tinha como objetivo contar o número de neutrinos do elétron emitidos pelo Sol. Mas obteve resultados discrepantes com o modelo, considerado muito confiável. Apenas entre 1/3 e 1/2 dos neutrinos previstos pela teoria, de fato, chegavam à Terra.

Testes independentes mostraram que nem o modelo, nem os resultados tinham qualquer problema. A solução só foi proposta anos mais tarde: neutrinos podem ‘mudar de personalidade’, ou seja, se transformar (tecnicamente, oscilar) de um tipo em outro.


Fonte

Artigos relacionados

Botão Voltar ao topo

Notamos que você usa um Adblock ativo!

A publicidade é uma fonte importante de financiamento do nosso site. Por favor, deslique seu Adblock para que possamos gerar receitas através dos anúncios. Não vai sair do seu bolso. ;)