Pesquisa no LHC Define Limites para Novas Partículas

Esse artigo fala sobre pesquisas recentes em física de partículas, focando em novas partículas que interagem fortemente com a matéria existente. O objetivo é estabelecer limites para a possível existência dessas novas partículas usando dados coletados do Grande Colisor de Hádrons (LHC), o colisor de partículas mais poderoso do mundo.

#Contexto

O Modelo Padrão da física de partículas é a melhor teoria que temos para explicar como as partículas elementares interagem. Ele descreve várias partículas, suas propriedades e suas interações, exceto a gravidade. No entanto, é sabido que o Modelo Padrão tem limitações. Ele não explica o desbalanceamento entre matéria e antimatéria no universo, não leva em conta a matéria escura e não inclui aspectos da Relatividade Geral.

Para superar essas falhas, os cientistas estão buscando física além do Modelo Padrão (BSM). Experimentos no LHC são cruciais porque têm a energia necessária para possivelmente revelar novas partículas. Como os prótons são usados nas colisões do LHC, seus componentes muitas vezes interagem, resultando em jatos de partículas.

Uma forma de testar o Modelo Padrão é analisando esses jatos usando a Cromodinâmica Quântica (QCD), a teoria que descreve as interações fortes das partículas. Os pesquisadores focam em medições específicas que dependem da força forte para estudar como novas partículas poderiam afetar essas interações.

#O que são as Correlações de Energia Transversa-Energia?

As Correlações de Energia Transversa-Energia (TEEC) são uma medição específica usada nesta pesquisa. TEEC fornece uma maneira precisa de observar como a energia é distribuída nas colisões de partículas no LHC. Analisando TEEC, os cientistas podem determinar como novas partículas afetariam o resultado esperado dessas colisões em comparação com as previsões feitas pelo Modelo Padrão.

TEEC pode ser calculado com precisão no contexto da QCD e tem boas propriedades que o tornam confiável para testes experimentais. Esse observável é especialmente sensível ao valor da Constante de Acoplamento Forte, que quantifica a intensidade da força forte.

#Os Dados e as Previsões Teóricas

Nesta pesquisa, os dados foram coletados pelo experimento ATLAS no LHC de 2015 a 2018, com uma energia de colisão de 13 TeV. Os pesquisadores usaram métodos específicos para calcular previsões teóricas para TEEC, considerando novas partículas que poderiam existir ao lado das conhecidas.

Ao observar como TEEC muda com diferentes condições nos experimentos, os pesquisadores pretendiam tirar conclusões sobre as potenciais propriedades dessas novas partículas, particularmente sua massa e como elas interagem.

#Resultados da Análise

O estudo envolveu comparar resultados experimentais de TEEC com previsões teóricas. Isso ajudou a determinar a probabilidade de certos modelos BSM, que postulam a existência de novos férmions (partículas similares aos elétrons, mas que interagem fortemente), serem verdadeiros. Os modelos variaram com base na massa das novas partículas e seu tipo, caracterizados por um grupo específico de transformações na QCD.

Os pesquisadores calcularam quão bem diferentes modelos se encaixavam nos dados. Usaram métodos estatísticos para quantificar o acordo entre teoria e experimento. Através desse processo, eles conseguiram identificar modelos que se ajustavam bem aos dados coletados e aqueles que poderiam ser descartados.

#Níveis de Confiança e Exclusão de Modelos

Um dos principais resultados foi o estabelecimento de um nível de confiança, que é uma forma de expressar quão provável é que um determinado modelo esteja correto, dado os dados. Os pesquisadores conseguiram delinear quais modelos poderiam ser excluídos com base na análise.

Ao examinarem modelos com massas maiores, descobriram que muitos podiam ser descartados. Isso era esperado, já que novas partículas provavelmente mostrariam efeitos significativos em níveis de energia mais altos. Os resultados mostraram que modelos com novos férmions de massa mais baixa eram mais difíceis de distinguir do Modelo Padrão, especialmente em energias mais baixas.

#Implicações do Estudo

No geral, essa pesquisa fornece insights valiosos sobre como poderia ser a nova física além do Modelo Padrão. Ao analisar TEEC nas colisões do LHC, os pesquisadores estabeleceram limites em muitos modelos propostos. As descobertas indicam que, à medida que os experimentos avançam para energias mais altas, limites mais rigorosos podem ser estabelecidos, possivelmente descartando ainda mais candidatos a novas partículas.

No futuro, colididores que estão por vir com capacidades de energia mais altas podem fornecer dados ainda mais precisos, permitindo que os cientistas testem modelos BSM com ainda mais sensibilidade. Isso pode levar a uma melhor compreensão da natureza fundamental da matéria e das forças que governam o universo.

#Conclusão

Em resumo, o estudo das Correlações de Energia Transversa-Energia no LHC ajudou a estabelecer limites para novas partículas que interagem fortemente. Embora o Modelo Padrão tenha feito um ótimo trabalho ao explicar partículas conhecidas, essa pesquisa destaca o esforço contínuo para descobrir nova física. Usando métodos estatísticos avançados e analisando dados de colisões, os cientistas estão se aproximando de entender o que está além do nosso entendimento atual da física de partículas.