A Bíblia da física de partículas está morrendo de vontade de melhorar. E os físicos podem ter exatamente o seguinte: algumas partículas e forças podem se olhar no espelho e não se reconhecerem. Isso, por si só, enviaria o chamado Modelo Padrão para uma queda.
Quase todas as reações fundamentais entre as partículas subatômicas do universo parecem iguais quando são viradas no espelho. Diz-se que a imagem no espelho, chamada paridade, é simétrica ou tem simetria de paridade na fala da física.
Claro, nem todo mundo segue as regras. Sabemos que, por exemplo, reações envolvendo a força nuclear fraca, que também é estranha por várias outras razões, viola a simetria da paridade. Portanto, é lógico que outras forças e partículas no mundo quântico também quebram regras nesta área.
Os físicos têm algumas idéias sobre essas outras reações hipotéticas que não pareceriam iguais no espelho e, portanto, violariam a simetria da paridade. Essas estranhas reações poderiam nos apontar para uma nova física que poderia nos ajudar a superar o modelo padrão da física de partículas, nosso resumo atual de todas as coisas subatômicas.
Infelizmente, nunca veremos a maioria dessas reações estranhas em nossos esmagadores de átomos e laboratórios. As interações são muito raras e fracas para serem detectadas com nossos instrumentos, que são sintonizados com outros tipos de interações. Mas pode haver algumas exceções raras. Pesquisadores do maior coletor de átomos do mundo, o Large Hadron Collider (LHC), localizado perto de Genebra, têm procurado essas raras interações. Até agora, eles surgiram de mãos vazias, mas até esse resultado é esclarecedor. Esses resultados negativos ajudam a eliminar hipóteses infrutíferas em consideração, permitindo que os físicos se concentrem em caminhos mais promissores na busca por nova física.
Espelho, espelho na parede
Um dos conceitos mais importantes em toda a física é o da simetria. Você poderia até argumentar razoavelmente que os físicos são apenas caçadores de simetria. As simetrias revelam as leis fundamentais da natureza que governam o funcionamento mais profundo da realidade. Simetria é um grande negócio.
Então o que é? Uma simetria significa que, se você alterar um elemento em um processo ou interação, o processo permanece o mesmo. Os físicos então dizem que o processo é simétrico em relação a essa mudança. Estou sendo deliberadamente vago aqui, porque existem muitos tipos diferentes de simetria. Por exemplo, às vezes você pode alterar o sinal das cargas nas partículas, às vezes pode executar processos para frente ou para trás no tempo e, às vezes, para executar uma versão espelhada do processo.
Este último, olhando para um processo no espelho, é chamado de simetria da paridade. A maioria das interações subatômicas na física fornece exatamente o mesmo resultado, sejam elas feitas bem na sua frente ou no espelho. Mas algumas interações violam essa simetria, como a força nuclear fraca, especialmente quando os neutrinos são produzidos em interações envolvendo essa força.
Os neutrinos sempre giram "para trás" (em outras palavras, o eixo do giro aponta para longe da direção do movimento), enquanto os antineutrinos giram para a frente (o eixo do giro aponta para a frente enquanto voam). Isso significa que existem diferenças muito sutis no número de neutrinos e antineutrinos produzidos quando você executa um experimento regular, em comparação com um espelho invertido, que depende da força nuclear fraca.
Espelhos quebrados
Até onde sabemos, apenas a força nuclear fraca e a força nuclear fraca violam a simetria da paridade. Mas talvez não esteja sozinho.
Sabemos que a física além do que entendemos atualmente deve existir. E algumas dessas idéias e conceitos hipotéticos também violam a simetria da paridade. Por exemplo, algumas dessas teorias prevêem assimetrias sutis em interações normais que envolvem os tipos de partículas que o LHC normalmente examina.
Obviamente, essas idéias hipotéticas são exóticas, complexas e muito difíceis de testar. E, em muitos casos, não temos exatamente certeza do que estamos procurando.
O problema é que, embora saibamos que nossa concepção atual do mundo das partículas, chamada Modelo Padrão, está incompleta, não sabemos onde procurar sua substituição. Muitos físicos esperavam que o LHC revelasse algo - uma nova partícula, uma nova interação, qualquer coisa - que nos levasse a algo novo e empolgante, mas até agora todas essas pesquisas falharam.
Muitas das teorias anteriores sobre o que está além do Modelo Padrão (como a supersimetria) estão lentamente sendo descartadas. É aqui que a violação de simetria de paridade pode ser útil.
Quase todas as extensões hipotéticas comuns ao Modelo Padrão incluem a limitação de que apenas a força nuclear fraca viola a simetria da paridade. (Isso está inserido na matemática fundamental dos modelos, caso você esteja se perguntando como isso funciona.) Isso significa que conceitos como supersimetria, axions e leptoquarks mantêm essa simetria quebrando exatamente onde está e em nenhum outro lugar.
Mas veja, pessoal, se essas extensões comuns não estiverem surgindo, talvez seja hora de ampliar nossos horizontes.
Descascando a paridade traseira
Por esse motivo, uma equipe de pesquisadores procurou violações de paridade em um cache de dados divulgados pelo experimento Compact Muon Solenoid (CMS) no LHC; eles detalharam seus resultados em um estudo publicado em 29 de abril no servidor de pré-impressão arXiv. Essa foi uma pesquisa bastante complicada, já que o LHC não está realmente configurado para procurar violações de paridade. Mas os pesquisadores inteligentemente descobriram uma maneira de fazer isso examinando as sobras nas interações entre outras partículas.
O resultado: nenhuma dica de violação de paridade foi encontrada. Viva o modelo padrão (novamente). Embora seja um pouco decepcionante que essa pesquisa não tenha aberto uma nova fronteira da física, ajudará a esclarecer futuras pesquisas. Se continuarmos pesquisando e ainda não encontrarmos evidências de violação de paridade fora da força nuclear fraca, sabemos que o que estiver além do Modelo Padrão deve ter algumas das mesmas estruturas matemáticas da teoria principal e permitir apenas que a força nuclear fraca parece diferente no espelho.
