O bóson de Higgs é uma partícula elementar do Modelo Padrão da Física de Partículas, proposta por Peter Higgs na década de 1960, responsável pela origem da massa de outras partículas elementares como elétrons e quarks.
Em 2012, a física de partículas atingiu um marco histórico ao comprovar a existência do bóson de Higgs, no LHC (Grande Colisor de Hádrons) da CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear).
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Desde então, os cientistas têm se dedicado a estudar as propriedades dessa partícula fundamental e buscar evidências de sua interação com outras partículas.
Recentemente, durante a conferência anual Large Hadron Collider Physics 2023, as equipes dos dois principais detectores de partículas do LHC — ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) e CMS (Compact Muon Solenoid) — relataram uma conquista significativa: a primeira evidência da decomposição do bóson de Higgs em um bóson Z e um fóton.
Essa descoberta pode fornecer indícios indiretos da existência de partículas além do Modelo Padrão da Física de Partículas.
A decomposição do bóson de Higgs em um bóson Z e um fóton é semelhante à decomposição em dois fótons.
No entanto, essas decomposições não ocorrem diretamente.
Em vez disso, envolvem um processo intermediário com partículas “virtuais” que surgem e desaparecem rapidamente.
Essas partículas virtuais podem incluir partículas ainda não descobertas que interagem com o bóson de Higgs.
De acordo com o Modelo Padrão, cerca de 0,15% dos bósons de Higgs com uma massa em torno de 125 bilhões de elétron-volts devem se decompor em um bóson Z e um fóton.
No entanto, algumas teorias que estendem o Modelo Padrão preveem uma taxa de decomposição diferente.
Medir a taxa de decomposição fornece informações valiosas tanto sobre a física além do Modelo Padrão quanto sobre a natureza do bóson de Higgs.
Medir a taxa de decomposição é fundamental para investigar a física além do Modelo Padrão e compreender melhor a natureza do bóson de Higgs.
As equipes do ATLAS e do CMS realizaram pesquisas independentes sobre a decomposição do bóson de Higgs em um bóson Z e um fóton usando dados de colisões de prótons no LHC.
Imagem: CERN
Ambas as colaborações identificaram o bóson Z por meio de suas decomposições em pares de elétrons ou múons, partículas mais pesadas que os elétrons.
Essas decomposições do bóson Z ocorrem em cerca de 6,6% dos casos.
Para identificar o sinal da decomposição do bóson de Higgs, os pesquisadores procuraram um pico estreito na distribuição da massa combinada dos produtos da decomposição, em meio a um fundo suave de eventos.
A fim de aumentar a sensibilidade para detectar a decomposição, ATLAS e CMS empregaram estratégias semelhantes, categorizando os eventos com base nas características dos processos de produção do bóson de Higgs e utilizando técnicas avançadas de aprendizado de máquina para distinguir o sinal do fundo.
Agora, em um estudo recente, ATLAS e CMS uniram seus conjuntos de dados coletados durante a segunda fase do LHC, entre 2015 e 2018, para melhorar a precisão estatística e expandir o alcance de suas pesquisas.
Esse esforço colaborativo resultou na primeira evidência da decomposição do bóson de Higgs em um bóson Z e um fóton.
Embora a descoberta tenha uma significância estatística de 3,4 desvios padrão, abaixo do limite convencional de 5 desvios padrão para uma observação definitiva, ela representa um avanço significativo na compreensão do bóson de Higgs.
A taxa de sinal medida está 1,9 desvios padrão acima da previsão do Modelo Padrão.
Os resultados desse estudo ressaltam a importância de investigar as decomposições raras do bóson de Higgs, pois cada partícula tem uma relação especial com ele.
Além disso, a existência de novas partículas pode ter efeitos significativos nessas decomposições.
Com a terceira fase do LHC em andamento e a futura High-Luminosity LHC, espera-se melhorar ainda mais a precisão desses estudos e explorar decomposições ainda mais raras do bóson de Higgs.
Essa colaboração entre ATLAS e CMS demonstra o poder da união de esforços na pesquisa científica e o avanço contínuo em direção a desvendar os segredos do bóson de Higgs e da física de partículas além do Modelo Padrão.
Referências
LHC experiments see first evidence of a rare Higgs boson decay. CERN, 2023. Disponível em: <link>. Acesso em: 30 maio 2023.
Cite-nos
SANTOS, Fábio. Físicos descobrem primeiros sinais do raro decaimento do bóson de Higgs. Ciência Mundo, maio 2023. Disponível em: . Acesso em: 05 maio 2024.
Graduado em Sistemas de Informação pela FEUC-RJ e mestre em Representação de Conhecimento e Raciocínio pela UNIRIO. Fábio é editor e fundador do portal Ciência Mundo. É dedicado à produção de conteúdos relacionados a astronomia, física, arqueologia e inteligência artificial.
