Marco alcançado na descoberta das forças fundamentais do universo no Grande Colisor de Hádrons

Pesquisadores da Universidade de Rochester, trabalhando com a Colaboração CMS do CERN, fizeram avanços significativos na medição do ângulo de mistura eletrofraca, melhorando nossa compreensão do Modelo Padrão de Física de Partículas.

Com base no seu extenso envolvimento no CERN, a equipe da Universidade de Rochester alcançou recentemente medidas “incrivelmente precisas? do ângulo de mistura eletrofraca, um componente crucial do Modelo Padrão de Física de Partículas. Crédito: Samuel Joseph Hertzog; Julien Marius Ordan 

O trabalho deles ajuda a explicar as forças fundamentais do universo, apoiado por experimentos como aqueles conduzidos no Grande Colisor de Hádrons, que investigam condições semelhantes às posteriores ao Big Bang .

Desvendando Mistérios Universais

Na busca para decifrar os mistérios do universo, pesquisadores da Universidade de Rochester estão envolvidos há décadas com colaborações internacionais na Organização Europeia para Pesquisa Nuclear , mais comumente conhecida como CERN.

Com base em seu amplo envolvimento no CERN, particularmente dentro da Colaboração CMS (Compact Muon Solenoid), a equipe de Rochester — liderada por Arie Bodek, o Professor de Física George E. Pake — recentemente atingiu um marco inovador. Sua conquista se concentra na medição do ângulo de mistura eletrofraco, um componente crucial do Modelo Padrão de Física de Partículas . Este modelo descreve como as partículas interagem e prevê precisamente uma infinidade de fenômenos em física e astronomia.

“As medições recentes do ângulo de mistura eletrofraco são incrivelmente precisas, calculadas a partir de colisões de prótons no CERN, e fortalecem a compreensão da física de partículas”, diz Bodek.

A CMS Collaboration reúne membros da comunidade de física de partículas de todo o mundo para entender melhor as leis básicas do universo. Além de Bodek, a coorte de Rochester para a CMS Collaboration inclui os pesquisadores principais Regina Demina, professora de física, e Aran Garcia-Bellido, professor associado de física, juntamente com associados de pesquisa de pós-doutorado e alunos de graduação e pós-graduação.

Os pesquisadores da Universidade de Rochester têm uma longa história de trabalho no CERN como parte da Colaboração Compact Muon Solenoid (CMS), incluindo o desempenho de papéis importantes na descoberta do bóson de Higgs em 2012. Crédito: Samuel Joseph Hertzog; Julien Marius Ordan

Um legado de descoberta e inovação no CERN

Localizado em Genebra, Suíça, o CERN é o maior laboratório de física de partículas do mundo, conhecido por suas descobertas inovadoras e experimentos de ponta.

Pesquisadores de Rochester têm uma longa história de trabalho no CERN como parte da Colaboração CMS, incluindo papéis importantes na descoberta do bóson de Higgs em 2012 , uma partícula elementar que ajuda a explicar a origem da massa no universo.

O trabalho da colaboração inclui coletar e analisar dados coletados do detector Compact Muon Solenoid no Large Hadron Collider (LHC) do CERN, o maior e mais poderoso acelerador de partículas do mundo. O LHC consiste em um anel de 17 milhas de ímãs supercondutores e estruturas de aceleração construídas no subsolo e abrangendo a fronteira entre a Suíça e a França.

O propósito principal do LHC é explorar os blocos de construção fundamentais da matéria e as forças que os governam. Ele consegue isso acelerando feixes de prótons ou íons a quase a velocidade da luz e colidindo-os uns contra os outros em energias extremamente altas. Essas colisões recriam condições semelhantes às que existiam frações de segundo após o Big Bang, permitindo que os cientistas estudem o comportamento de partículas sob condições extremas.

Desvendando Forças Unificadas

No século XIX, cientistas descobriram que as diferentes forças da eletricidade e do magnetismo estavam ligadas: um campo elétrico variável produz um campo magnético e vice-versa. A descoberta formou a base do eletromagnetismo, que descreve a luz como uma onda e explica muitos fenômenos em óptica, além de descrever como os campos elétrico e magnético interagem.

Com base nesse entendimento, os físicos descobriram na década de 1960 que o eletromagnetismo está conectado a outra força — a força fraca. A força fraca opera dentro do núcleo dos átomos e é responsável por processos como decaimento radioativo e alimentação da produção de energia do sol. Essa revelação levou ao desenvolvimento da teoria eletrofraca, que postula que o eletromagnetismo e a força fraca são, na verdade, manifestações de baixa energia de uma força unificada chamada interação eletrofraca unificada. Descobertas importantes, como o bóson de Higgs, confirmaram esse conceito.

Avanços na interação eletrofraca

A CMS Collaboration realizou recentemente uma das medições mais precisas até o momento relacionadas a essa teoria, analisando bilhões de colisões próton-próton no LHC do CERN. Seu foco foi medir o ângulo de mistura fraco, um parâmetro que descreve como o eletromagnetismo e a força fraca se misturam para criar partículas.

Medições anteriores do ângulo de mistura eletrofraco geraram debates na comunidade científica. No entanto, as últimas descobertas estão alinhadas com as previsões do Modelo Padrão de Física de Partículas. O aluno de pós-graduação de Rochester Rhys Taus e o associado de pesquisa de pós-doutorado Aleko Khukhunaishvili implementaram novas técnicas para minimizar incertezas sistemáticas inerentes a essa medição, aumentando sua precisão.

Entender o ângulo de mistura fraco esclarece como diferentes forças no universo trabalham juntas nas menores escalas, aprofundando a compreensão da natureza fundamental da matéria e da energia.

“A equipe de Rochester vem desenvolvendo técnicas inovadoras e medindo esses parâmetros eletrofracos desde 2010 e, então, implementando-os no Large Hadron Collider”, diz Bodek. “Essas novas técnicas anunciaram uma nova era de testes de precisão das previsões do Modelo Padrão.”

A CMS Collaboration é uma colaboração científica internacional responsável pelo experimento Compact Muon Solenoid (CMS) no Large Hadron Collider do CERN. Abrangendo mais de 4.000 cientistas de mais de 200 instituições e 50 países, a CMS Collaboration conduz pesquisas em física de alta energia, explorando partículas e forças fundamentais, incluindo a famosa descoberta do bóson de Higgs em 2012.

Fonte: Scitechdaily.com