Higgs ou não-higgs? Não é mais a questão.

Nas últimas semanas saíram novos resultados das análises dos experimentos Atlas e CMS falando sobre o bóson de higgs. A grande espera pela conferência de Moriond (falamos um tanto disso na nossa página do Facebook) era saber se o higgs era o higgs mesmo. Nessa hora você pensou ‘ué, mas os físicos não sabiam disso já e não estavam todos felizes comemorando?’ Bom, que tinha alguma coisa lá a gente sabia, e que era tipo um bóson de higgs também, mas a questão é que existem várias teorias que preveem partículas com essas características. Por outro lado, essas teorias são completamente diferentes e uma pergunta fundamental é saber que teorias ainda são compatíveis com o que está sendo observado e quais já estão enterradas.

Para tentar explicar melhor o que isso significa, vamos começar do começo. Não vou discutir pra que serve o bóson de higgs, já fiz isso em um post anterior. O que eu quero falar aqui é como “vemos” o bóson de higgs no acelerador e qual a importância disso para diferenciar as teorias que preveem uma partícula tipo-higgs.

No LHC são feitos dois tipos de colisões de partículas: prótons ou núcleos pesados (como chumbo). Cada colisão nos dá informação sobre um tipo de física diferente, por exemplo o estudo do plasma de quarks e glúons é feito em colisões de núcleos pesados e o detector ALICE é o principal nesse estudo. Já o estudo do bóson de higgs é feito através da colisão de prótons. Tá, mas como eu jogo um próton no outro e sai um higgs disso? Como Einstein já sabia, massa e energia estão relacionadas: E= mc². Então ao colidir prótons com muita energia, isso permite com que as partículas  que os formam se recombinem e também que novas partículas apareçam.

Se frutas fosse partículas subatômicas a gente estaria vendo isso em uma colisão. (http://www.particleadventure.org/collision.html)

Se frutas fossem partículas subatômicas…

E o higgs mesmo? Bom, sabemos exatamente como ele deve ser produzido em cada teoria. No Modelo Padrão, temos o que pode-se dizer o bóson de higgs mais simples que você consegue fazer. Os mecanismos de produção são mostrados na figura abaixo (os desenhos bonitinhos são chamados Diagramas de Feynman e são muito úteis para representar a interação de partículas

Higgs_prod_graphs_new2Então, basicamente existem essa maneira de se produzir um bóson de higgs (representado na figura por H^0, se você quer saber mais o que são as outras partículas você pode olhar aqui). Além disso, podemos calcular qual a probabilidade de produzir o higgs de cada uma dessas maneiras. Mas o higgs é meio gordo e decai em outras partículas rápido, o que significa que além de saber como ele é produzido, também precisamos saber como é seu decaimento. Um exemplo de decaimento do higgs (e foi o que gerou mais polêmica) é o em dois fótons, como pode ser visto nos diagramas abaixo.

H_YYO que o detector do acelerador de partículas vai ver são esses fótons. Medindo a energia deles entre outras coisas, podemos reconstruir o decaimento e concluir as características da partícula que deu origem a ele.

Quando o Atlas e o CMS divulgaram os primeiros resultados, parecia que o higgs estavam decaindo mais em dois fótons do que era previsto pelo Modelo Padrão. Isso deu margem para diversos teóricos buscarem uma explicação em outras teorias, por exemplo, usando a hipótese de que existiria novas partículas que iriam interagir com o higgs e dariam origem a diagramas parecidos com os da figura acima. Isso explicaria porque  teria mais higgs do que o esperado decaindo em fótons.

Para tristeza dos teóricos que estudam modelos além do Modelo Padrão (tipo, o que eu vou começar a fazer no doutorado), os novos resultados com mais dados mostraram que aquele excesso era apenas uma flutuação estatística, tipo pegadinha do malandro mesmo. Ao que parece, agora o resultado para o decaimento em fótons está de acordo com o que é previsto pelo Modelo Padrão, assim como outros tipos de decaimento.

Com isso, muitas teoria estão sendo excluídas ou estão em fase de extinção. A natureza parece estar dizendo que a simplicidade é a melhor coisa nessa história.

P.S.: Se você estiver interessado na parte técnica, logo depois de Moriond saíram esses trabalhos que fazem as análises e mostram como tudo tá compatível com o Modelo Padrão: The universal Higgs fitUpdated global analysis of Higgs coupling e Higgs at last. #chateada

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