15 de junho de 2018

LHC detecta ligação do bóson de Higgs com o quark top


O CMS é um dos quatro grandes detectores do LHC, juntamente com o Atlas, Alice e LHCb.[Imagem: CERN/CMS]

Velha e boa física

O tão esperado acoplamento do bóson de Higgs com o quark top foi, finalmente, obtido no Large Hadron Collider (LHC), o grande colisor de hádrons, situado na fronteira franco-suíça. O evento foi detectado de forma independente pelas duas principais equipes internacionais que atuam no LHC: a CMS e a Atlas.

"Como o bóson de Higgs participa do processo que produz as massas de todas as partículas, esperava-se que ele interagisse com as partículas proporcionalmente às suas massas. Isto é, que quanto mais pesada a partícula, maior fosse sua interação com o bóson. Trata-se de uma característica muito específica, que, segundo o Modelo Padrão, apenas o bóson de Higgs possui. Então, investigar se isso realmente ocorre experimentalmente é uma maneira muito forte de corroborar o modelo," explicou o professor Sérgio Novaes, da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e um dos brasileiros que participam da colaboração internacional CMS.

"Com as partículas leves, o acoplamento é pequeno e difícil de medir. Havia, portanto, uma grande expectativa em relação ao acoplamento do bóson de Higgs com o quark top, que é uma partícula muito pesada, mais pesada inclusive do que o próprio Higgs, com massa superior a 172 GeV/c2. Finalmente, conseguimos detectar e medir essa interação. E chegamos à conclusão de que, efetivamente, ocorre aquilo que havia sido predito pelo Modelo Padrão. O Higgs acopla-se proporcionalmente à massa do top. Foi uma grande confirmação do modelo," disse Novaes.

O resultado confirma da acurácia do chamado Modelo Padrão da Física de Partículas, construído coletivamente desde o início dos anos 1960. Isto é motivo tanto de comemoração quanto de preocupação: os físicos sabem que seu modelo não explica tudo, e estão ansiosos por resultados que apontem rumos para uma "nova física", uma física além do Modelo Padrão.

Cadê a massa da matéria?

A afirmação de que o bóson de Higgs confere massa às partículas dá margem, às vezes, a uma interpretação equivocada. O motivo é que se imagina uma partícula entregando massa a outra pontualmente, mas não é disso que se trata.

A melhor ferramenta disponível para descrever esse nível da natureza é a teoria de campos. Nos marcos da mecânica quântica, as partículas não são corpúsculos diminutos, tais como concebidas na física clássica. Partículas são excitações do campo. Toda partícula é, na realidade, o quantum de um determinado campo. O fóton é o quantum do campo eletromagnético. O elétron é o quantum do campo do elétron. O bóson de Higgs é o quantum do campo de Higgs. E assim por diante.

"O campo de Higgs permeia todo espaço, e tem como quantum o bóson de Higgs. Ele se manifesta por meio do bóson, assim como o campo do elétron se manifesta por meio do elétron, e o campo eletromagnético se manifesta por meio do fóton. Segundo o Modelo Padrão, é o campo de Higgs que confere massa às partículas. Ao se manifestarem no espaço, as partículas interagem com ele. E, quanto maior a interação, maior a massa," explicou Novaes.

Assim, por exemplo, embora sejam idênticos quanto à carga (2/3) e ao spin (1/2), os quarks up e top apresentam enorme diferença de massa. A massa do top é quase 80 mil vezes maior. E isso é proporcional ao seu acoplamento ao campo de Higgs.

"O fato de a constante de acoplamento do bóson de Higgs ser proporcional à massa das partículas com as quais ele se acopla é uma predição universal do Modelo Padrão. Essa predição já havia sido corroborada no caso de partículas mais leves. Agora, o acoplamento com o quark top vem reforçar, ainda mais, a efetividade do modelo na descrição das partículas elementares e de suas interações," disse Novaes.
Fonte: Inovação Tecnológica

Dados do Gaia revelam fusões na Via Láctea


Painel da esquerda: diferentes correntes estelares (pontos coloridos), o disco da Via Láctea (azul) e em preto o resto das estrelas do halo, onde a bolha horizontal em forma de chaturo é visível. Painel da direita: mesmos dados, agora vistos a partir de um ângulo de 90º. Crédito: Koppelman et al.

Astrónomos da Universidade de Groninga (Países Baixos) descobriram relíquias de eventos de fusão no halo da Via Láctea. Cinco pequenos grupos de estrelas parecem representar fusões com galáxias mais pequenas, enquanto uma grande "bolha" composta por centenas de estrelas parece ser o remanescente de um grande evento de fusão. Estes resultados foram publicados na edição de 12 de junho da revista científica The Astrophysical Journal Letters.

O estudo é baseado na recente segunda divulgação do catálogo Gaia. A segunda versão forneceu à comunidade científica informações precisas sobre a posição e sobre o movimento de milhões de estrelas, principalmente na Via Láctea. O estudante de doutoramento Helmer Koppelman faz parte do grupo de investigação de Amina Helmi, professora de Dinâmica, Estrutura e Formação da Via Láctea, que esteve envolvida na missão Gaia quase desde o seu início. Ele começou por analisar os dados logo após a divulgação e publicou uma pré-impressão do artigo apenas oito dias depois. Foi agora oficialmente publicado.

Halo

"O nosso objetivo é estudar a evolução da Via Láctea," afirma Koppelman. A ideia é que galáxias mais pequenas se fundem para formar galáxias maiores. "Uma das questões é saber se muitas galáxias pequenas se fundiram ou se foram apenas algumas maiores." Tendo em conta que se pensa que a maioria das estrelas no halo da Via Láctea - a nuvem esférica de estrelas que rodeia o disco principal e o bojo da nossa Galáxia - sejam remanescentes de eventos de fusão, Koppelman e colegas focaram-se nas estrelas do halo nos dados do Gaia.

"Recolhemos informações sobre estrelas até 3000 anos-luz do Sol, pois a precisão da posição e do movimento é maior para as estrelas que estão perto de nós," explica Koppelman. O primeiro passo foi filtrar as estrelas do disco da Via Láctea. "Estas estrelas movem-se em redor do centro do disco, por isso são facilmente identificadas." Restaram aproximadamente 6000 estrelas no halo.

Bolha

Ao calcular a sua trajetória, Koppelman foi capaz de identificar estrelas com uma origem partilhada. "Nós descobrimos cinco pequenos enxames que pensamos serem remanescentes de cinco eventos de fusão". No entanto, muitas das estrelas restantes também pareciam ter uma história partilhada. "Estas estrelas formam uma grande 'bolha' com um movimento retrógrado em comparação ao do disco. 

Isto sugere que são o resultado de uma fusão com uma galáxia grande. Na verdade, pensamos que este evento de fusão deve ter remodelado o disco da nossa Via Láctea". Está em andamento um estudo mais detalhado da natureza desta fusão. "Neste momento, podemos dizer que a nossa Via Láctea foi moldada por um grande evento de fusão e algumas fusões mais pequenas."

Koppelman também procurou estrelas pertencentes à "corrente Helmi", que tem o nome do seu supervisor de doutoramento, que a identificou em 1999 como remanescente de um evento de fusão. "Até agora, foram identificadas menos de vinte estrelas pertencentes à corrente Helmi. Os dados do Gaia acrescentaram mais de 100 novas estrelas. 

"Uma análise mais detalhada deve esclarecer a natureza da galáxia que produziu esta corrente. "Também vamos olhar para estrelas a mais de 3000 anos-luz a fim de descobrir membros adicionais das diferentes correntes que identificámos. Juntamente com as simulações da evolução galáctica, deve dar-nos novas informações interessantes sobre a evolução da Via Láctea".
Fonte: http://www.ccvalg.pt
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