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Bosão de Higgs e quark top

Investigadores portugueses participaram na descoberta.

O Laboratório Europeu de Física de Partículas (CERN) – onde está o grande acelerador LHC, que permitiu detectar o bosão de Higgs em 2012 – divulgou novos resultados sobre esta partícula que confere massa às outras partículas. Dois dos detectores do acelerador LHC, o ATLAS e o CMS, tornaram agora possível conhecer a força das interacções entre o bosão de Higgs e o quark top, uma das partículas elementares.

Há seis tipos de quarks. Os quarks up e down, os mais leves, encontram-se no núcleo dos átomos da matéria vulgar, sendo assim os constituintes dos neutrões e protões. Há ainda os quarks charm, strange, bottom e o já referido top, que existiram no início do Universo e hoje são criados nos aceleradores de partículas e nas colisões dos raios cósmicos com os átomos presentes na atmosfera terrestre. O quark top é a partícula elementar mais pesada que conhecemos. E, tal como outras partículas, os quarks têm antipartículas: um antiquark top é assim homólogo do quark top.

Durante um período de tempo muito curto, pode acontecer que o bosão de Higgs se converta num quark top e na sua antipartícula, o antiquark top. E depois aniquilam-se imediatamente, dando origem a um par de fotões, explica-se nos comunicados tanto do CERN como do Laboratório de Instrumentação e Partículas (LIP), instituição científica em Portugal que participa nas experiências nos detectores ATLAS e CMS e já tinha estado envolvida na detecção do próprio bosão de Higgs.

Qual é a probabilidade de o bosão de Higgs se converter num par formado por um quark top e um antiquark top? “A probabilidade deste processo ocorrer depende da força da interacção – designada por ‘acoplamento’ – entre o bosão de Higgs e os quarks top. A medição desta probabilidade permite-nos inferir indirectamente o valor deste acoplamento”, explicam os comunicados. “Acontece que eventuais novas partículas pesadas, ainda por descobrir, poderiam participar neste tipo de processo, modificando o resultado. É por isso que o bosão de Higgs é visto como uma janela privilegiada para a descoberta de nova física.”

Mas uma manifestação mais directa do acoplamento entre o bosão de Higgs e o quark top é se um par formado por um quark e um antiquark top vier a emitir um bosão de Higgs. Este processo é designado por “produção ttH”. E foram estes resultados que se apresentaram esta segunda-feira numa conferência em Bolonha, Itália. “Medir este processo é um grande desafio, pois é muito raro: apenas 1% dos bosões de Higgs são produzidos em associação com dois quarks top. Além disso, tanto o bosão de Higgs como os quarks top desintegram-se noutras partículas de diversas formas complicadas”, assinala-se nos comunicados.

Os dados obtidos no detector CMS já foram publicados num artigo científico na revista Physical Review Letters, enquanto os resultados do detector ATLAS acabam de ser enviados para publicação, sendo as observações das duas experiências coerentes entre si. “Estas medições do ATLAS e do CMS dão uma indicação forte de que o bosão de Higgs tem um papel importante na explicação do valor elevado da massa do quark top”, disse Karl Jakobs, responsável da Colaboração ATLAS.

“Esta observação é mais um grande passo na exploração dos segredos ainda guardados pelo bosão de Higgs. É o resultado de algumas das mais complexas e avançadas análises feitas nas experiências do LHC. Em Portugal, no LIP, contribuímos para esta análise de dados, que só foi possível devido aos fantásticos instrumentos científicos que são as experiências ATLAS e CMS, que nós ajudámos a construir”, frisou por sua vez Ricardo Gonçalo, um dos investigadores do LIP envolvidos na análise dos dados do ATLAS. “Estes resultados espectaculares são o fruto de anos de trabalho, em que os grupos portugueses no LHC estiveram profundamente envolvidos: desde as primeiras medidas de precisão das propriedades do quark top em 2011 até à descoberta do bosão de Higgs em 2012 e a esta primeira observação directa do acoplamento do bosão de Higgs ao quark top”, acrescentou ainda Patricia Conde Muiño, responsável pelo grupo do LIP no detector ATLAS e professora do Instituto Superior Técnico (IST), em Lisboa.

Através da colisão de partículas, o LHC irá continuar a aprofundar os segredos da matéria e que física poderá haver para lá do modelo-padrão da física de partículas, a melhor descrição teórica de todas as partículas e das interacções entre elas que temos actualmente. Quando o ATLAS e o CMS terminarem a recolha de dados em Novembro próximo, os cientistas esperam ter ainda mais informação para desafiar as previsões do modelo-padrão sobre o processo raro de emissão de um bosão de Higgs por um par de quarks top, para ver se há a indicação de algo novo para a física.

Para já, o que sabemos é que relação (e qual a sua força) o Bosão de Higgs tem com o quark top, que, no entanto, é sempre muito fugaz.

Notícia do Público de 04/06/2018.