Físicos dos EUA e da Coréia do Sul descreveram um cenário possível para a evolução do Universo após o Big Bang, que difere daquele geralmente aceito pela ciência. De acordo com este cenário, não será mais possível detectar novas partículas elementares no Large Hadron Collider (LHC) do CERN. Além disso, um cenário alternativo permite resolver o problema da hierarquia de massas. Pesquisa publicada em arXiv.org
A teoria é chamada de Nnaturalidade. É determinada na escala de energias da ordem da interação eletrofraca, após a separação das interações eletromagnética e fraca. Isso era cerca de dez em menos trinta e dois - dez em menos doze segundos após o Big Bang. Então, segundo os autores do novo conceito, existia no Universo uma hipotética partícula elementar - rechiton (ou reheaton, do reheaton inglês), cuja desintegração levou à formação da física observada hoje.
À medida que o Universo ficava mais frio (a temperatura da matéria e da radiação diminuíam) e plano (a geometria do espaço se aproximava da euclidiana), o Rechiton se desintegrou em muitas outras partículas. Eles formaram grupos de partículas que quase não interagem entre si, quase idênticos no conjunto de espécies, mas diferindo na massa do bóson de Higgs e, portanto, em suas próprias massas.
O número desses grupos de partículas, que, segundo os cientistas, existem no universo moderno, chega a vários milhares de trilhões. A física descrita pelo Modelo Padrão (SM) e as partículas e interações observadas em experimentos no LHC pertencem a uma dessas famílias. A nova teoria permite abandonar a supersimetria, que ainda se tenta encontrar sem sucesso, e resolve o problema da hierarquia das partículas.
Em particular, se a massa do bóson de Higgs formado como resultado do decaimento do recíton for pequena, a massa das partículas restantes será grande e vice-versa. Isso é o que resolve o problema da hierarquia eletrofraca associada à grande lacuna entre as massas de partículas elementares observadas experimentalmente e as escalas de energia do Universo primitivo. Por exemplo, a questão de por que um elétron com massa de 0,5 megaeletronvolt é quase 200 vezes mais leve do que um múon com os mesmos números quânticos desaparece por si mesmo - no Universo existem exatamente os mesmos conjuntos de partículas onde essa diferença não é tão forte.
Segundo a nova teoria, o bóson de Higgs observado em experimentos no LHC é a partícula mais leve desse tipo, formada a partir da decadência de um recíton. Bósons mais pesados estão associados a outros grupos de partículas ainda não descobertas - análogos dos léptons hoje descobertos e bem estudados (que não participam da interação forte) e hádrons (que participam da interação forte).
Nima Arkani-Hamed
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Foto: Departamento EP / CERN
A nova teoria não cancela, mas torna desnecessária a introdução da supersimetria, que implica em dobrar (pelo menos) o número de partículas elementares conhecidas devido à presença de superparceiros. Por exemplo, para um fóton - um photino, um quark - um squark, um Higgs - um Higgsino e assim por diante. O spin das superparceiras deve diferir em meio número inteiro do spin da partícula original.
Matematicamente, uma partícula e uma superpartícula são combinadas em um sistema (supermultipleto); todos os parâmetros quânticos e massas de partículas e seus parceiros coincidem na supersimetria exata. Acredita-se que a supersimetria é quebrada na natureza e, portanto, a massa dos superparceiros é muito maior do que a massa de suas partículas. Para detectar partículas supersimétricas, eram necessários aceleradores poderosos como o LHC.
Se a supersimetria ou quaisquer novas partículas ou interações existem, então, de acordo com os autores do novo estudo, elas podem ser descobertas em uma escala de dez teraeletronvolts. Isso está quase no limite das capacidades do LHC e, se a teoria proposta estiver correta, a descoberta de novas partículas é extremamente improvável.
Versões CM
Imagem: arXiv.org
Um sinal próximo a 750 gigaeletronvolts, o que poderia indicar o decaimento de uma partícula pesada em dois fótons gama, conforme relatado pelos cientistas das colaborações CMS (Compact Muon Solenoid) e ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) trabalhando no LHC em dezembro de 2015 e março de 2016, reconhecido como ruído estatístico. Depois de 2012, quando se soube da descoberta do bóson de Higgs no CERN, nenhuma nova partícula fundamental prevista pelas extensões SM foi revelada.
Portanto, espera-se o surgimento de teorias nas quais a necessidade de supersimetria desaparece. "Muitos teóricos, inclusive eu, acreditam que agora é um momento completamente único em que estamos resolvendo questões importantes e sistêmicas, e não concernentes aos detalhes de qualquer próxima partícula elementar", disse a principal autora do novo estudo, a física Nima Arkani-Hamed da Princeton University (EUA).
Seu otimismo não é compartilhado por todos. Por exemplo, o físico Matt Strassler, da Universidade de Harvard, acredita que a justificativa matemática da nova teoria foi inventada. Enquanto isso, Paddy Fox, do Laboratório Nacional de Aceleração Enrico Fermi, em Batavia (EUA), acredita que a nova teoria pode ser testada nos próximos dez anos. Em sua opinião, as partículas formadas em um grupo com qualquer bóson de Higgs pesado deveriam deixar seus traços na radiação relíquia - a antiga radiação de microondas prevista pela teoria do Big Bang.
Andrey Borisov
