75% é cinco vezes maior do que a teoria prevê
No subterrâneo da fronteira franco-suíça, onde prótons colidem a velocidades próximas à da luz, cientistas do LHCb detectaram uma assimetria de 75% entre mésons B e seus equivalentes de antimatéria — um eco distante, talvez, do desequilíbrio primordial que permitiu ao universo existir. Com participação de pesquisadores brasileiros, o resultado apresentado em março de 2022 no Cern sugere que as leis da física podem favorecer a matéria de formas ainda não completamente compreendidas. A descoberta não resolve o mistério, mas aponta para uma fresta na teoria: algo além do modelo padrão pode estar operando nas profundezas da realidade.
- Uma assimetria de 75% entre mésons B positivos e negativos foi medida — sete vezes maior do que os modelos teóricos previam, sacudindo as certezas da física de partículas.
- O resultado, apresentado antes de passar por revisão científica formal — processo atrasado pela invasão russa na Ucrânia — já circula entre físicos e alimenta debate sobre seus limites de confiabilidade.
- Pesquisadores brasileiros do CBPF estão no centro da descoberta, reforçando a presença do país em um dos experimentos mais ambiciosos da ciência contemporânea.
- A cautela domina: a física experimental exige repetição massiva de observações antes de qualquer anúncio definitivo, e os cientistas evitam falar em 'nova física' por enquanto.
- Com o LHC retomando operações em março e um novo detector capaz de gerar dez vezes mais dados, os próximos anos serão decisivos para confirmar ou dissolver a promessa desse resultado.
No interior de um túnel de 27 quilômetros enterrado sob a fronteira franco-suíça, prótons colidem a velocidades próximas à da luz e produzem uma chuva de partículas exóticas. Foi nesse ambiente que o detector LHCb registrou algo capaz de reconfigurar a compreensão humana sobre por que o universo existe da forma como existe.
Apresentado em seminário no Cern em 15 de março de 2022, com forte participação de pesquisadores do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, o resultado ainda aguarda publicação revisada por pares — processo atrasado pela guerra na Ucrânia. Mesmo assim, já provoca discussão intensa: os cientistas observaram que mésons B carregados positivamente se desintegram em um produto específico com frequência muito superior à de seus equivalentes negativos. A diferença medida foi de 75% — um fenômeno conhecido como violação de CP, assimetria entre carga e paridade.
Essa assimetria importa porque toca um dos maiores enigmas da cosmologia. O Big Bang deveria ter produzido quantidades iguais de matéria e antimatéria. Como as duas se aniquilam ao se encontrar, um universo perfeitamente simétrico seria apenas radiação — sem galáxias, sem estrelas, sem vida. O fato de existirmos indica que algo favoreceu a matéria. Violações de CP são candidatas a explicar esse desequilíbrio original.
O que torna o resultado do LHCb especialmente intrigante é sua magnitude. Os modelos atuais previam uma assimetria de cerca de 10%. O que foi medido foi sete vezes maior. A pesquisadora brasileira Laís Soares Lavra, membra da colaboração LHCb, foi direta ao explicar o fenômeno, mas também cautelosa quanto às conclusões: 'Ainda é cedo para falar de nova física', disse ela. A física de partículas exige repetição massiva de observações — o bóson de Higgs só foi anunciado ao atingir confiança de 5-sigmas, com probabilidade inferior a 1 em 3,5 milhões de ser falso.
Com o LHC retomando experimentos em 24 de março e um novo detector do LHCb prometendo até dez vezes mais dados estatísticos, os próximos anos dirão se essa assimetria de 75% é um sinal genuíno de física além do modelo padrão — ou apenas um mecanismo conhecido ainda não completamente compreendido.
No coração da Suíça, dentro de um túnel de 27 quilômetros enterrado sob a fronteira franco-suíça, prótons viajam a velocidades próximas à da luz até colidir de frente um com o outro. Quando isso acontece, a energia bruta dessa colisão se transforma em uma chuva de partículas exóticas que os detectores capturam e analisam. Um desses detectores, chamado LHCb, acaba de registrar algo que pode reescrever nossa compreensão de por que o universo existe da forma como existe.
O resultado foi apresentado em um seminário do Cern na terça-feira 15 de março, com forte participação de pesquisadores brasileiros do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, no Rio de Janeiro. A descoberta ainda não foi publicada em uma revista científica revisada por pares — a invasão russa na Ucrânia atrasou esse processo — mas o que os cientistas encontraram é notável o suficiente para já gerar discussão entre os físicos. Eles observaram o decaimento de partículas instáveis chamadas mésons B, compostas por um quark e um antiquark. Quando essas partículas se desintegram, deixam rastros que os detectores conseguem medir.
Aqui está o ponto crucial: os mésons B carregados positivamente se desintegram em um produto específico com frequência muito maior do que seus equivalentes carregados negativamente. A diferença não é pequena. A equipe mediu um excesso de 75% de mésons B em relação aos antimésons B. Laís Soares Lavra, pesquisadora brasileira no Cern e membra da colaboração LHCb, explicou que isso significa que a partícula se desintegra com muito mais frequência do que sua antipartícula. Esse fenômeno é conhecido como violação de CP — uma assimetria entre carga e paridade — e é exatamente o tipo de coisa que os físicos esperavam encontrar para resolver um dos maiores mistérios do cosmos.
O mistério é este: quando o Big Bang aconteceu, há 13,8 bilhões de anos, a teoria diz que deveria ter produzido quantidades iguais de matéria e antimatéria. Para cada próton com carga positiva, um antipróton com carga negativa. Para cada elétron negativo, um pósitron positivo. Mas matéria e antimatéria se aniquilam quando se encontram, liberando radiação. Se realmente havia quantidades iguais no início, o universo deveria ser apenas radiação pura — nada de galáxias, nada de estrelas, nada de nós. E no entanto, aqui estamos, feitos de matéria. Isso significa que, de algum modo, houve uma sobra de partículas sobre antipartículas quando as colisões terminaram. As leis da física, de alguma forma, devem ter favorecido matéria sobre antimatéria. Violações de CP são um caminho para explicar como isso aconteceu.
Mas o resultado do LHCb é intrigante justamente porque é maior do que o esperado. Os modelos teóricos atuais preveem uma assimetria de cerca de 10%. O que foi medido foi 75% — a maior assimetria desse tipo já observada até agora. Isso é promissor porque sugere que há algo que os físicos ainda não entendem completamente. Se o resultado fosse de apenas 10%, tudo estaria em harmonia com a compreensão atual. Mas com 75%, são necessárias ideias novas para explicar a disparidade.
Contudo, Lavra é cautelosa. "Ainda é cedo para falar de nova física", disse ela. A física de partículas experimental é um negócio traiçoeiro. Quando você colide prótons de alta energia, muita coisa que acontece tem um componente de aleatoriedade introduzido pela mecânica quântica. Uma descoberta só pode ser confirmada quando o mesmo fenômeno é observado com enorme frequência — o bóson de Higgs, por exemplo, só teve sua descoberta anunciada quando atingiu uma confiança de 5-sigmas, o que significa uma probabilidade inferior a 1 em 3,5 milhões de ser um resultado falso.
O LHC retoma os experimentos no dia 24 de março, em sua terceira rodada de coleta de dados. Mais importante ainda, o experimento LHCb terá um novo detector capaz de fornecer até dez vezes mais estatística do que atualmente. Isso permitirá um estudo muito mais detalhado desses processos de decaimento. Os próximos meses e anos dirão se esse resultado de 75% é realmente um sinal de física nova — algo que vai além do modelo padrão — ou se pode ser explicado por mecanismos já conhecidos que simplesmente não foram totalmente compreendidos até agora.
Citas Notables
A partícula se desintegra com mais frequência do que a sua antipartícula, com excesso de 75% de mésons B em relação a antimésons B— Laís Soares Lavra, pesquisadora brasileira no Cern
Ainda é cedo para falar de nova física. Os outros 65% poderiam vir de outros mecanismos desconhecidos, que podem ou não ser acomodados no modelo padrão— Laís Soares Lavra
La Conversación del Hearth Otra perspectiva de la historia
Por que essa assimetria de 75% é tão importante se os modelos já preveem algo parecido?
Porque é cinco vezes maior do que o esperado. Se fosse 10%, seria apenas uma confirmação. Mas 75% significa que há algo acontecendo que a teoria atual não consegue explicar completamente.
E isso nos ajuda a entender por que o universo é feito de matéria?
Sim, porque violações de CP como essa são exatamente o tipo de assimetria que poderia ter permitido que matéria sobrevivesse quando antimatéria foi aniquilada no início do universo. Mas esse resultado específico é muito maior do que o previsto.
Então eles descobriram a resposta?
Não. Eles descobriram uma pista que não encaixa bem nas respostas que temos. É como encontrar uma peça que não deveria estar ali — significa que o quebra-cabeça é mais complicado do que pensávamos.
Por que demoraria tanto para confirmar isso?
Porque em física de partículas, você precisa ver o mesmo fenômeno acontecer milhões de vezes para ter certeza de que não é apenas acaso. O novo detector do LHCb vai coletar dez vezes mais dados, o que vai permitir estudar isso muito mais a fundo.
Qual é o risco de esse resultado estar errado?
Sempre há risco em ciência experimental. Mas a equipe foi cuidadosa. O que os deixa cautelosos agora é que ainda não sabem se isso aponta para física completamente nova ou se pode ser explicado por mecanismos que já conhecemos mas não entendemos bem.