Marque outra vitória para o Modelo Padrão, a teoria notavelmente bem-sucedida que descreve como todas as partículas fundamentais conhecidas interagem.
Os físicos fizeram a medição mais precisa até agora da força com que a força fraca - uma das quatro forças fundamentais da natureza - atua no próton.
Os resultados, publicados hoje (9 de maio) na revista Nature, são exatamente o que o Modelo Padrão previu, dando mais um golpe nos esforços dos físicos para encontrar dobras na teoria e descobrir novas físicas que poderiam explicar o que são matéria escura e energia escura. .
Apesar de seus triunfos, o Modelo Padrão está incompleto. Isso não explica a matéria escura e a energia escura, que juntas podem compor mais de 95% do universo e, no entanto, nunca foram observadas diretamente. A teoria também não incorpora a gravidade ou explica por que o universo contém mais matéria que antimatéria.
Testando o modelo padrão
Um caminho para uma teoria mais completa é testar o que o Modelo Padrão diz sobre a força fraca, responsável pela deterioração radioativa, permitindo as reações nucleares que mantêm o sol brilhando e acionam as usinas nucleares. A força das interações da força fraca depende da chamada carga fraca de uma partícula, assim como a força eletromagnética depende da carga elétrica e a gravidade depende da massa.
"Esperávamos que esse fosse o único caminho para encontrar uma falha no Modelo Padrão", disse Greg Smith, físico do Jefferson National Accelerator Facility na Virgínia e gerente de projeto do experimento com Q-fraco.
Os pesquisadores explodiram feixes de elétrons em uma piscina de prótons. Os spins dos elétrons eram paralelos ou anti-paralelos ao feixe. Ao colidir com os prótons, os elétrons se espalham, principalmente devido a interações envolvendo a força eletromagnética. Mas para cada 10.000 ou 100.000 dispersões, disse Smith, uma ocorreu por força fraca.
Diferentemente da força eletromagnética, a força fraca não obedece à simetria do espelho, ou paridade, como os físicos chamam. Portanto, ao interagir através da força eletromagnética, um elétron se espalha da mesma maneira, independentemente da direção de rotação. Porém, ao interagir através da força fraca, a probabilidade de o elétron se espalhar depende muito levemente da rotação ser paralela ou anti-paralela, em relação à direção em que o elétron está se deslocando.
No experimento, o feixe alternava entre elétrons disparadores com giros paralelos e anti-paralelos cerca de 1.000 vezes por segundo. Os pesquisadores descobriram que a diferença na probabilidade de dispersão era de meras 226,5 partes por bilhão, com uma precisão de 9,3 partes por bilhão. Isso equivale a descobrir que dois Monte Everest, de outro modo idênticos, diferem em altura pela espessura de uma moeda de um dólar - com precisão até a largura de um cabelo humano.
"Essa é a menor e mais precisa assimetria já medida na dispersão de elétrons polarizados a partir de prótons", disse Peter Blunden, físico da Universidade de Manitoba, no Canadá, que não participou do estudo. A medida, acrescentou, é uma conquista impressionante. Além disso, mostra que, na busca pela nova física, esses experimentos de energia relativamente baixa podem competir com poderosos aceleradores de partículas como o Large Hadron Collider, perto de Genebra, disse Blunden.
Embora a carga fraca do próton tenha se mostrado basicamente o que o Modelo Padrão disse que seria, toda a esperança não está perdida para encontrar nova física algum dia. Os resultados apenas limitam a aparência dessa nova física. Por exemplo, disse Smith, eles descartam fenômenos envolvendo interações elétron-próton que ocorrem em energias abaixo de 3,5 tera-elétron-volts.
Ainda assim, teria sido muito mais emocionante se eles tivessem encontrado algo novo, disse Smith.
"Fiquei decepcionado", disse ele à Live Science. "Eu esperava algum desvio, algum sinal. Mas outras pessoas ficaram aliviadas por não estarmos longe do que o Modelo Padrão previu".
