O BÓSON DE HIGGS - parte 4

COMO SE DESCOBRIU O BÓSON DE HIGGS?

Essa descoberta se deu dentro do LHC – Large Hadron Collider, que consegue prioduzir choques de partículas a 99,999999,1% da velocidade da luz. Os choques ali produzidos destroçam prótons, que se desmancham em partículas elementares, existentes nos primórdios do Universo, momentos após o Big Bang. O choque de prótons é produzido da seguinte forma:

Large Hadron Collider - LHC

1 - Um campo elétrico rompe átomos de hidrogênio para liberar os prótons, sendo que pacotes com 100 bilhões de prótons são injetados no acelerador.

2 - Os prótons são acelerados inicialmente no SPS - Super Proton Synchrotron por campos elétricos criados por quatro equipamentos de radiofreqüência (sincrotrons) a uma velocidade próxima a da luz, percorrendo os 27 Km de extensão do LHC.

3 – Os feixes de prótons são injetados em sentidos contrários no LHC. Há quatro detectores no LHC, onde 100 bilhões prótons dando 11.254 voltas por segundo no túnel e colidindo 32 milhões de vezes por segundo. Para se obter o bóson de Higgs realizaram-se cerca de quatro quatrilhões colisões, sendo analisadas 800 trilhões de colisões, nos últimos dois anos, sendo 1/100 bilhões de colisões a probabilidade de se encontrar o bóson de Higgs.

Ao passarem por um dos quatro detectores do LHC, os prótons colidem entre si, gerando inúmeras partículas extremamente instáveis, para serem diretamente observadas.

Esquema do LHC

Os detectores de partículas ATLAS, ALICE, CMS e LHCb, que monitoram os resultados das colisões, possuem mais ou menos o tamanho de prédios de cinco andares (entre 10 e 25 metros de altura) e 12 500 toneladas.

CMS

CMS - Solenoide Compacto de Múons - tem por finalidade estudar os aspectos das colisões de íons pesados, buscar evidências que comprovariam uma física além do modelo padrão, como a supersimetria e as dimensões espaciais extras e explora a física na faixa do TeV – tera eletron-volt. Analisa as colisões em busca de partículas.

ATLAS

 ATLAS - Aparato Toroidal do LHC - Tem por finalidade detectar o bóson de Higgs, partículas supersimétricas (SUSY) que são preditas pela teoria, mas ainda não foram detectadas experimentalmente. Observa a formação de buracos negros dentro do LHC e analisa colisões em busca do bóson de Higgs.

Alice

 Alice - Grande Colisor de Íons - destina-se ao estudo do plasma de quarks-glúons obtido pela colisão de ions pesados. Seu objetivo é descobrir o mistério da matéria quente e densa que é brevemente criada quando da colisão de ions pesados a altas energias. Sua finalidade é pesquisar a sopa de partículas do Big Bang ou plansma de quarks.

LHCb

LHCb – LHC beauty - é um experimento desenvolvido para medidas precisas da violação da simetria CP e decaimentos raros de mésons com o quark b ou anti-b, um conjunto conhecido por ' meson b'. O detector da experiência foi especificamente desenhado para retirar estas partículas e o produto do seu descaimento. Estuda a matéria e a anti-matéria.

 4 – Os detectores identificam o rastro deixado pela decomposição destas partículas, que resultam em fótons, múons, taus, elétrons e muitas outras.

Traços do Boson de Higgs (longitudinal)

Os riscos alaranjados são partículas já conhecidas. Os feixes azuis e vermelhos são o que interessa aqui. Eles mostram quatro elétrons cuja origem é a decomposição do bóson de Higgs.

Traços do bóson de Higgs (transversal)

As faixas verdes representam as regiões onde se capta a energia contida nas partículas. combinando-se esta energia com o traçado dos elétrons identificados como oriundos de uma decomposição de outra partícula, é o que em física se denomina "assinatura da partícula", que no caso combina com as propriedades preditas do bóson de Higgs.

5 – Assim, o bóson de Higgs também é detectado indiretamente pelo seu rastro, ou seja, 125,3 massas do próton (ou GeV), detectado no CMS e 126 massas do próton detectado no ATLAS.

Não se sabe de o bóson de Higgs é uma partícula elementar. Também, não se sabe qual o tipo desse Higgs e se é parte de uma nova simetria da natureza, a supersimetria, ou se existe mais de um tipo de Higgs.

A supersimetria é a simetria que relaciona uma partícula fundamental com um certo valor de spin com outras partículas com spins diferentes por meia unidade. Em uma teoria com essa simetria, para cada bóson existe um férmion correspondente com a mesma massa e mesmos números quânticos internos, e vice-versa. Ou seja, os parceiros supersimétricos, se a supersimetria existir, são mais pesados que seus correspondentes no modelo padrão. Somente há evidências indiretas de sua existência.

Partículs do modelo padrão e seus parceiros supersimétricos

Quanto à fiabilidade do sinal produzido no detector CMS pela partícula , "é de 4,9 sigma", quase atingindo, portanto, a meta dos "5 sigma", que os cientistas consideram ser o nível de fiabilidade desejado para afirmar a existência da nova partícula.

Com um sinal de 5 sigma, a probabilidade de as observações serem o fruto do acaso e não corresponderem à produção de uma partícula é de apenas 0,00005733%, o que equivale a dizer que há uma hipótese em 1.744.278 de os cientistas estarem enganados ao afirmar que estão de fato a observar uma partícula nova.