Primeira medição de alta precisão da massa invariante do bosão W no LHC!
Comunicado de Imprensa do CERN
Por: Colaboração ATLAS, 12 de fevereiro de 2018.
Genebra, 12 de fevereiro de 2018.
Num artigo publicado hoje no European Physical Journal C, a Colaboração do detector ATLAS relata a primeira medição de alta precisão no LHC da massa do bosão W.
Esta é uma das duas partículas elementares que medeiam a interacção fraca – uma das forças que governam o comportamento da matéria no nosso universo.
O resultado publicado tem um valor de 80370 ± 19 MeV (com uma precisão instrumental de 0.02%) para a massa do W, o que é consistente com a massa prevista pelo Modelo Padrão da Física de Partículas, a teoria que descreve as partículas conhecidas e as suas interacções.
Note-se que de facto há 3 bosões que medeiam o campo-força da força nuclear fraca, já que o bosão W é na realidade dois: o +W e o -W, que se diferenciam apenas pela carga eléctrica. O 3º Bosão é o Z.
Um exemplo da força nuclear fraca em acção é a fusão do Hidrogénio para um dos seus isótopos estáveis, o Deutério, conhecido como “água pesada,” que fornece a energia originada pela enorme gravitação ao processo termonuclear do Sol, fazendo-o brilhar.
Uma aplicação prática destes estudos é o funcionamento dos monitores literal e tecnicamente digitais dos vossos smartphones.
A medição é baseada em cerca de 14 milhões de bosões W registados num único ano (2011), quando o LHC estava a funcionar na energia de 7 TeV por feixe.
Revelou-se equivalente às medições anteriores obtidas no LEP , o colisionador antepassado do LHC no CERN, e no Tevatron, um antigo acelerador no Fermilab nos Estados Unidos, cujos dados permitiram refinar continuamente esta medição ao longo de 20 anos.
O bosão W é uma das partículas mais conhecidas do universo. A sua descoberta em 1983 coroou o sucesso do Supersincrotrão de Protões do CERN, obtendo o Prémio Nobel da Física em 1984.
Embora as propriedades do bosão W tenham sido estudadas há mais de 30 anos, medir a sua massa com esta alta precisão continua a ser um grande desafio.
Qualquer desvio nas medições da massa do Bosão W em relação às previsões poderia revelar novos fenómenos.
“Alcançar uma medida tão precisa, apesar das condições exigentes presentes num colisionador de hadrões como o LHC, é um grande desafio”, declarou Tancredi Carli, coordenador de física da colaboração ATLAS.
E alcançar semelhante precisão, como a que foi obtida anteriormente noutros colisionadores a partir de somente 1 ano de dados recolhidos na 1ª Série de colisões é notável. É uma indicação extremamente promissora sobre a nossa capacidade de melhorar o nosso conhecimento do Modelo Padrão e de procurar sinais duma física nova através destas medidas extremamente precisas.”
Mostra dum evento candidato de colisões protão-protão na Experiência ATLAS: decaimento dum Bosão W para 1 muão (um electrão mais pesado e hiper-relativista) e 1 neutrino originados dos feixes estáveis a 7 TeV. O muão (linha vermelha) tem um momento transverso de 32.8 GeV e a energia transversal em falta é de 52.4 GeV (linha a azul com tonalidade água-marinha) resultando numa massa transversal de 82.9 GeV no sistema di-leptónico. Foi detectada pouca actividade hadrónica, o que é indicação de pequeno momentum transversal do candidato W. O evento foi registado em Junho de 2011 e foi usado para a medição da massa do Bosão W.
Créditos: Fotografia da Colaboração ATLAS de 17-07-2017
O Modelo Padrão é muito poderoso a prever o comportamento e determinadas características das partículas elementares, e permite ainda deduzir certos parâmetros doutras quantidades bem conhecidas.
As massas do bosão W, do Top quark e a do bosão de Higgs, por exemplo, estão ligadas por relações da física quântica. Portanto, é muito importante melhorar a precisão das medições da massa do bosão W para entender melhor o bosão de Higgs, refinar o Modelo Padrão e testar a sua consistência geral.
Notavelmente, a massa do bosão W pode ser hoje prevista com uma precisão superior à das medidas directas. É por isso que é um ingrediente crucial na busca duma física nova, pois qualquer desvio da massa medida da que está prevista pode revelar novos fenómenos em conflito com o Modelo Padrão.
A medição depende duma calibração completa do detector e da modelagem teórica da produção de bosões W. Estas foram obtidas através do estudo dos eventos do Bosão Z e de várias outras medidas auxiliares.
A complexidade da análise significa que levou quase cinco anos para que a equipa da ATLAS alcançasse este novo resultado.
Uma análise mais aprofundada com a enorme amostra de dados do LHC agora disponíveis permitirá uma maior precisão num futuro próximo.
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