A física através do espelho: nova medida de violação CP

Não é só de bóson de Higgs que vivem os físicos. Essa semana foi anunciado pela colaboração LHCb (um dos experimentos do LHC) uma medida de violação de CP do decaimento do méson B^0_s. Tá, mas o que é violação CP, o que é o méson B^0_s e o porque eu tô lendo sobre isso?

lhcb

A simetria CP é a combinação das simetrias C (conjugação de carga) – que consiste em transformar uma partícula em sua antipartícula, o que basicamente é uma troca em sua carga elétrica – e P (paridade) – que consiste na troca das coordenadas da partícula, isto é, as coordenadas (x,y,z) passa a ser (-x,-y,-z).

Então, você faz um experimento e depois refaz trocando todas as partículas por antipartículas e troca seu aparato experimental de lugar, refletindo-o em torno de um ponto fixo (você pode pensar que é como a imagem de um espelho). Se os dois experimentos derem o mesmo resultado, você conclui que a simetria CP é preservada e que a matéria e a antimatéria exibem o mesmo tipo de comportamento. Caso contrário, se você obtiver resultados diferentes para os dois experimentos, dizemos que houve violação da simetria CP.

CartoonCP

Os processos que envolvem a interação eletromagnética e a interação forte, parecem obedecer a simetria CP. Porém, em alguns processos que envolvem a interação fraca, a simetria CP é violada (veja mais detalhes sobre o que é cada interação aqui). Em 1964, foi observada essa violação pela primeira vez no acelerador do Brookhaven National Laboratory, resultando em 1980 no prêmio Nobel para James Cronin e Val Fitch. Do ponto de vista teórico, M. Kobayashi e T.Maskawa propuseram em 1973 um mecanismo que poderia incorporar a violação de CP no Modelo Padrão e valeu o Nobel de 2008. Para descrever o mecanismo, eles precisavam de 6 quarks, mas nem todos haviam sido descobertos naquela época, ou seja, eles conseguiram prever teoricamente a existência de novos quarks que depois foram observados e confirmados experimentalmente (o que é beeeem legal).

O estudo da violação CP envolve a dinâmica entre quarks, isto é, como um tipo de quark pode ser transformar em outro. Mas se eu disse que já isso já tinha sido observado, o que tem de novidade? A questão é que experimentalmente é muito difícil medir a violação de CP. Ela já havia sido vista no decaimento de Káons e mésons B e D, e agora foi observada pela primeira vez em um sistema que envolve o méson B_s (a diferença entre esses mésons é os quarks que os formam, o que pode ser visto na figura abaixo).

mesons

Além disso, entender a violação de CP é um dos problemas fundamentais da física hoje. O Modelo Padrão prevê apenas um pouco de violação de CP nos processos, mas sabemos que para explicar a assimetria matéria-antimatéria (porque temos muitos mais matéria do que antimatéria no universo), é necessário muito mais violação de CP, o que indica que precisamos de física além do Modelo Padrão.

O ponto é que a física que envolve a violação de CP é muito importante e do ponto de vista experimental, um grande desafio. O fato de conseguirmos medir um novo decaimento que envolve esse fenômeno é por si só um grande feito, mesmo que no final ainda esteja consiste com o Modelo Padrão…

Você pode ler mais sobre isso no site do LHCb, no blog do Symmetry Magazine, do Sean Caroll ou no do Dorigo (infelizmente, todos em inglês).

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