O experimento CMS no CERN mede um parâmetro chave do Protótipo Padrão

Na semana passada, na conferência anual Rencontres de Moriond, a colaboração CMS apresentou uma mensuração do ângulo de mistura eletrofraca leptônica efetiva. O resultado é a mensuração mais precisa realizada em um colisor de hádrons até o momento e está de pacto com a previsão do Protótipo Padrão.

O Protótipo Padrão da física de partículas é a descrição mais precisa até hoje das partículas e suas interações. Medições precisas de seus parâmetros, combinadas com cálculos teóricos precisos, produzem um poder preditivo espetacular que permite que os fenômenos sejam determinados antes mesmo de serem observados diretamente.

Desta forma, o protótipo restringiu com sucesso as massas dos bósons W e Z (descobertos no CERN em 1983), do quark top (revelado no Fermilab em 1995) e, mais recentemente, do bóson de Higgs (revelado no CERN em 2012). ). Depois que essas partículas foram descobertas, essas previsões tornaram-se verificações de consistência do protótipo, permitindo aos físicos explorar os limites da validade da teoria.

Ao mesmo tempo, medições precisas das propriedades destas partículas são uma instrumento poderosa para procurar novos fenómenos para além do Protótipo Padrão – a chamada “novidade física” – uma vez que novos fenómenos se manifestariam porquê discrepâncias entre várias quantidades medidas e calculadas.

O ângulo de mistura eletrofraco é um elemento-chave dessas verificações de consistência. É um parâmetro fundamental do Protótipo Padrão, determinando porquê a interação eletrofraca unificada deu origem às interações eletromagnéticas e fracas através de um processo divulgado porquê quebra de simetria eletrofraca. Ao mesmo tempo, une matematicamente as massas dos bósons W e Z que transmitem a interação fraca. Assim, as medições do W, do Z ou do ângulo de mistura fornecem uma boa verificação experimental do protótipo.

As duas medições mais precisas do ângulo de mistura fraco foram realizadas por experimentos no CERN LEP Collider e pelo experimento SLD no Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Os valores discordam entre si, o que intrigava os físicos há mais de uma dez. O novo resultado está de pacto com a previsão do Protótipo Padrão e é um passo para resolver a discrepância entre levante último e as medições LEP e SLD.

“Leste resultado mostra que a física de precisão pode ser realizada em colisores de hádrons”, disse Patricia McBride, porta-voz do CMS. “A estudo teve que mourejar com o envolvente reptador do LHC Run 2, com uma média de 35 colisões próton-próton simultâneas. Isso abre caminho para uma física mais precisa no LHC de subida luminosidade, onde cinco vezes mais pares de prótons colidirão simultaneamente .”

Os testes de precisão dos parâmetros do Protótipo Padrão são legados de colisores elétron-pósitron, porquê o LEP do CERN, que operou até o ano 2000 no túnel que hoje abriga o LHC. As colisões elétron-pósitron fornecem um envolvente limpo perfeito para medições de subida precisão.

As colisões próton-próton no LHC são mais desafiadoras para levante tipo de estudos, embora os experimentos ATLAS, CMS e LHCb já tenham fornecido uma infinidade de novas medições ultraprecisas. O duelo deve-se principalmente aos enormes antecedentes de outros processos físicos além daquele que está sendo estudado e ao veste de que os prótons, ao contrário dos elétrons, não são partículas elementares.

Para levante novo resultado, inferir uma precisão semelhante à de um colisor electrão-pósitron parecia uma tarefa impossível, mas agora foi alcançada.

A mensuração apresentada pelo CMS utiliza uma modelo de colisões próton-próton coletadas de 2016 a 2018 com uma força de núcleo de volume de 13 TeV e correspondendo a uma luminosidade totalidade integrada de 137 fb.⁻¹o que significa murado de 11 bilhões de milhões de colisões.

O ângulo de mistura é obtido através da estudo das distribuições angulares em colisões onde são produzidos pares de elétrons ou múons. Esta é a mensuração mais precisa realizada num colisor de hádrons até o momento, melhorando as medições anteriores do ATLAS, CMS e LHCb.