Descobertos dois Bosões de Higgs?

Higgs - Atlas

Há cerca de um mês, os cientistas do LHC apresentaram os últimos resultados relativos à pesquisa do bosão de Higgs. Embora os dados apresentados não revelassem algum tipo de fenómeno novo, o mais intrigante da comunicação acabou não por ser os novos dados apresentados, mas sim os resultados que os cientistas não quiseram partilhar.

Recorde-se que em Julho do ano passado, os cientistas apresentaram resultados das colisões de protões no LHC que indiciavam a existência do muito procurado bosão de Higgs. Os dados obtidos na altura pareciam mostrar que o Higgs parecia decair em dois fotões com mais frequência do que seria de esperar. Pode ler aqui um resumo deste e de outros resultados assim como as notas finais onde se fala de divergências que poderiam revelar-se significativas ou não. Esta discrepância poderia levantar a suspeita de estarmos em presença de nova física não prevista pelo Modelo Padrão das Interacções.

Em Novembro, os cientistas da experiência Atlas do LHC actualizaram todos os resultados com os novos dados entretanto recolhidos. Todos?.. não! Deixaram de fora os dados do canal de decaimento em dois fotões. Esta semana ficou a saber-se finalmente a razão.

Os cientistas da experiência Atlas apresentaram finalmente os novos dados tendo em conta o canal difotónico. E a razão é que os resultados obtidos mostram que os dados em vez de apresentarem um pico limpo como era esperado, estão a mostrar a existência de dois picos! Isto parece indicar que existe não um mas dois bosões de Higgs, um com uma massa de 123,5 GeV e o outro com uma massa de 126,6 GeV, uma diferença de cerca de 3 Gev estatisticamente significativa.

Seria de esperar que esta diferença diminuísse com o tempo à medida que novos dados fossem colectados. No entanto essa convergência dos dados estatísticos não se tem vindo a verificar. Esta discrepância, levou os cientistas a passar os últimos meses a tentar descobrir se estaria a ser cometido algum erro de análise de dados. O próprio facto de a experiência CMS não apresentar de um modo evidente a existência de dois picos, podia indicar que se estava perante um erro de medição. Os cientistas após análise exaustiva acabaram por não encontrar nenhum erro e decidiram apresentar os resultados que tinham obtido.

Embora certas extensões do Modelo Padrão da Física de Partículas prevejam a existência de múltiplos bosões de Higgs, nenhum deles prevê a existência de duas partículas de Higgs com estas massas tão semelhantes assim como os canais em que elas decairiam preferencialmente.

Resta-nos assim aquelas que parecem ser as alternativas para o que se está a passar:

– Os dois picos correspondem na realidade a um só e está a ser cometido algum erro sistemático que pode ter a ver com a calibração de algum detector. A favor desta hipótese está o facto de a experiência CMS não detectar esta discrepância.

– Trata-se de uma flutuação estatística que irá desaparecer com o tempo à medida que se recolherem novos dados

– Estamos em presença de nova física, resultados fundamentalmente novos que ainda não se consegue compreender

Pode ler mais sobre este assunto aqui e aqui.

Além desta questão dos dois picos, o facto de com os novos dados que têm sido recolhidos, o valor do decaimento em dois fotões continuar a apresentar um valor superior ao que era esperado para este canal é um outro aspecto da experiência que tem intrigado os cientistas.

Em Março novos dados serão apresentados. Até lá veremos se o mistério se resolve ou se adensa de vez!

45 comentários

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  1. Ou melhor, não tem o que ser confirmado se não existe o fato.Correto?

  2. Mas se forma tanto lá quanto cá, e não apenas se tenta que se forme lá, então tão somente detectaríamos cá. Para isto bastaria tão somente que construissem um sistema para detectá-lo. Primeiro o fato, depois os testes para confirmá-lo. Correto?

    1. Para detectar precisa de uma máquina de detecção. Essa máquina é o acelerador de partículas do CERN.
      Se conseguir fazer uma pequenina portátil, consegue detectar em qualquer lado.
      Senão, precisa de estar no CERN para usar a máquina grande 😉

      abraços

  3. Se forma cá fora também, então só não bastaria tão somente construir um sistema para detectá-lo. Correto?

    1. detectar não é controlar de modo a confirmar e repetir as experiencias… 😉

  4. Seria necessário construir um colisor de hádrons caso o bóson de Higgs do modelo-padrão fosse produzido no maior colisor que é o mundo real? Se o campo de Higgs existe de fato no maior colisor que é o mundo real, então o bóson de Higgs do modelo padrão se materializaria sem que fosse preciso construir o LHC. Correto? E se ele se materializaria no maior colisor que é o mundo real, então por qual motivo deveria construir o LHC? Se o bóson de Higgs do modelo-padrão se materializa no maior colisor que é o mundo real, então não bastava tão somente construir um sistema para detectá-lo?

  5. Essa do mundo ser um grande colisor de Hádrons é muito confuso. Não consegui perceber em suas palavras a necessidade de um equipamento para fazer colidir hádrons sendo o mundo um grande colisor.

    1. Porque é que existem laboratórios? Porque é que se estuda as células de cancro, por exemplo, em laboratório?
      Para se poder controlar as experiências 😉

        • Daniel on 22/01/2013 at 11:48

        Carlos Oliveira, sendo construído um sistema tão somente para detectá-lo, caso o bóson do modelo-padrão fosse formado no maior colisor que é o mundo real, então partindo daí é que poderiamos estudar melhor o tal fenômeno através de experiências controladas. Correto?

      1. Não.

        O que se forma no CERN forma-se cá fora também… e o que se forma cá fora, está-se a tentar que tudo também se forme no CERN.
        Mas ao contrário de cá fora, no CERN podemos controlar as coisas à nossa medida 😉

        abraços!

    • Manel Rosa Martins on 21/01/2013 at 15:10
    • Responder

    As questões que põe estão nos posts do astro Pt e no link que lhe coloquei. Mas de facto infere-se isso, não estão explicitas para as suas perguntas objectivas.

    O Bosão de Higgs existe no mundo real actual, decai noutras partículas e é o mecanismo (pelo campo-força Higgs) gerador de massa. Se não existisse não haveria massa nos objectos, nem o Universo seria como é. Falta confirmar completamente se é pelo mecanismo proposto pelo modelo-padrão, e ai tudo indica que é.

    O LHC é um telescópio virado ao contrário para o mundo do muito pequeno. O maior colisionador de Hadrões é o mundo real.

    De facto nó só vemos se tivermos este telescópio muito potente. Exactamente como só vimos a larga maioria dos astros se tivermos o Hubble e os outros telescópios que funcionam sobretudo fora da luz visível para nós.

    Espero que consiga ter uma melhor noção do que aqui lhe relato pela leitura dos posts sobre o Higgs.

    Cumprimentos.

  6. Até aqui tenho percebido que no mundo real esta partícula só é produzida em sistemas como o LHC, isto é, sob determinadas condições restritas a determinados sistemas.

  7. Nas condições atuais a tal partícula é instável e vive pouco tempo. Isso acontece em todos os lugares ou só em sistemas como o LHC?

  8. Mas se nas condições atuais ele é tão instável e vive pouco tempo, então por qual motivo teria que ser ele o responsável pela massa de outras partículas? Ainda continua existindo? Por qunto tempo? Devido ao fato de ser tão instável o mesmo já não deveria ter deixado de existir? Em vista de tudo isso como é possível que ele esteja ativo?

    • Manel Rosa Martins on 19/01/2013 at 00:36
    • Responder

    O bosão de Higgs ou partícula de Higgs é uma partícula elementar prevista há quase 50 anos que existe pelo modelo padrão da física de partículas. Em 2012, a descoberta de uma nova partícula foi relatada que poderia ser o bosão de Higgs.

    Em 2013, 5 dos 8 canais de detecção estão de acordo com o modelo-padrão. E ser o Bosão de Higgs é uma obesrvação confirmada.

    Prova a existência do campo de Higgs, que é a explicação do Modelo Padrão para algumas partículas fundamentais terem massa quando a teoria ‘ingénua’, diz que estas partículas deveriam ter massa zero, e – ligado a isso – prova porque a força fraca tem um alcance muito menor do que a força electromagnética. A sua descoberta valida a parte final não confirmada do Modelo Padrão, orienta outras teorias e descobertas em física de partículas, e – como com outras descobertas fundamentais do passado – potencialmente a prazo abrirá as portas da física futura, da nova tecnologia , e de melhorias para a sociedade.

    Na sopa primordial do início o universo tudo é apenas massa, mal há espaço e as forças fundamentais do modelo-padrão ( a forte, a fraca e a electromagnética) ainda estão misturadas num campo-força único, a outra força que já se libertou foi apenas a Gravítica.

    O bosão de Higgs desse tempo do Universo Primitivo era muito mais estável e predominante, de facto tão assim quye o campo-força da massa, ou campo Higgs, define hoje o tecido do Universo.

    Portante ele hoje está activo e recomenda-se, simplesmente adaptou-se a um Universo com muito ,mas mesmo muito, mais espaço (de 42 para 96.000) e fica instável e vive com muita energia (que é uma medida da sua massa, ele é um peso-pesado, é a 2ª peartícula com mais massa do modelo-padrão, abaixo só do top quark) mas pouco tempo.

    Note que estampos a falar apenas de 15% do total de massa do Universo, 85% corresponde à mat+eria escura e está fora destas contas. Depois estamos apenas a verificar ainda o mecanismo da massa numa das suas manifestações, chamadas quebras de simetria. No final, estamos a confirmar apenas 1% de todo o processo da Massa. O que estamos certos a 99.999 999 998 % é que se trata do mecanismo gerador da massa.

    Mas sejamos optimistas, na verdade estamos a falar apenas de 4% do Universo, da matéria normal. E descobrir todo um modelo desta parte já é um feito fantástico, que obrigou a darmos o máximo que a Humanidade atingiu. O modelo-padrão é de longe a Teoria mais confirmada de todas as Ciências, julgando pela quantificação de margens de erro tão reduzidas.

    Cumprimentos Daniel, convido-o a satisfazer a sua curiosidade pelo motor de busca aqui em cima à direita e poderá ler vários posts sob as palavras chave LHC e Higgs. E obrigado pelas perguntas. :))

  9. O correto seria dizer que o bóson de Higgs é um dos componentes de certas partículas, o qual conferem massa a estas partículas?

  10. Então quanto ao que pensei citado acima, estava eu errado qunto a tais ideias em sua totalidade? Que dizer mesmo que elas atualmente estão ainda a se desintegrar e conferir massa a certas partículas?

  11. Ou seja, cheguei mesmo a pensar que tal processo só havia ocorrido no início da existência do universo, em determinadas condições não existentes na atualidade.

    • Manel Rosa Martins on 17/01/2013 at 18:31
    • Responder

    Não são os bosões de Higgs no plural, é o bosão de Higgs do modelo-padrão, que é o que existe e está descoberto (falta confirma-se o spin zero) e sim, ao interagir com todas as partícula que têm massa prende-as como o nadador fica preso numa piscina de melaço.

  12. Até então pensava eu que os ditos bósons de Higgs já teriam interagido com certas partículas por todo o espaço em um passado remoto e que atualmente só restava os efeitos dessa interação, isto é, a massa de certas partículas.É interessante saber que os ditos bósons de Hisggs preenchem todo o espaço, estando atualmente a interagir com certas partículas, não precisando de certas condições em determinados sistemas como no LHC para que os mesmos existam.

    • Manel Rosa Martins on 17/01/2013 at 02:50
    • Responder

    Tem aqui uma explicação porventura mais acessível:

    http://www.astropt.org/2012/07/05/higgs-o-bosao-de-peter/

    1. A conclusão é que atualmente os bósons de Higgs estão interagindo com certas partículas, e dessa forma produzindo o mecanismo de Anterson-Higgs?

    • Manel Rosa Martins on 17/01/2013 at 02:44
    • Responder

    O facto de decair tão rapidamente tem a vantagem de ser em altas energias, e o tempo de decaimento apenas apresenta um problema de detecção, não de influência.

    O Higgs encontrado é o do modelo-padrão, com sigma 7 confirmado em 5 dos 8 canais.

    Na escala sub-atómica, e não apenas nos fermiões as partículas são frequentemente associadas com a matéria, mas também alguns bosões, as partículas que actuam como vectores de força, têm massa de repouso. Outro problema para uma definição fácil de Massa é que grande parte da restante massa contribuída para a matéria comum deriva da massa invariante das partículas e das energias cinéticas, que não têm massa de repouso próprias (apenas 1% da massa do resto da matéria de repouso é contabilizada pelo massa em repouso dos quarks e dos electrões fermiónicos). Do ponto de vista físico fundamental, a massa é o número que descreve em que a representação do pequeno grupo do grupo de Poincaré se transforma uma partícula. No modelo padrão da física de partículas, essa simetria é descrita como surgindo como uma consequência de um acoplamento de partículas com massa de repouso para um campo postulado adicional, conhecido como o campo de Higgs.

    Cumprimentos.

  13. Aguardo resposta.

  14. Ou ainda, se a tal partícula existiu e não existe mais, então por qual motivo teria que ser essa partícula a responsável pela inércia de outras partículas?

  15. Mas tenho lido que o mesmo é tão instável que ao se formar logo se dezfaz. Aliás, o mesmo só se forma apenas no LHC ou em sistemas semelhantes. Também tenho lido que uma ou mais de uma partícula semelhante ao esperado bóson de Higgs é que foi produzido no LHC. Estás entendendo?

    • Manel Rosa Martins on 14/01/2013 at 21:55
    • Responder

    Caro Daniel, o bosão de Higgs existe. Quando foi descoberto em Julho de 2012 era uma descoberta com sigma 5, que é a “margem de erro” para ser considerado uma descoberta em Física. Hoje com a confirmação de mais dados o sigma foi elevado para sigma 7.

    “O mecanismo de Higgs ou mecanismo de Anderson-Higgs, originalmente proposto pelo físico britânico Peter Higgs baseado na sugestão de Philip Anderson, é o mecanismo que dá massa a todas partículas elementares em física de partículas. Ele cria o bóson W, diferente do fóton, por exemplo.”

    Cumprimentos.

  16. Não seria melhor procurar uma explicação para a existência da massa das partículas já que a mesma existe sem que o bóson de higgs exista?

  17. De qualquer modo para cada um dos picos, os valores parecem ser 4,1σ e 6,1σ para os canais ZZ e dois fotões respectivamente.

    Aqui está mais um artigo de um cientista que trabalha no CMS e que aposta numa flutuação estatística:

    http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/atlas_higgs_results_one_or_two_higgs-99078

  18. Luis,

    Trata-se da diferença entre os dois picos. Neste caso o valor apontado é de 2.7σ. Podes ver aqui:

    http://www.resonaances.blogspot.it/2012/12/twin-peaks-in-atlas.html

  19. Preferia a 3ª alternativa 😉

    Muito interessante.

    Quando dizes que o 2º pico é estatisticamente significativo, de quantos sigma estamos a falar ?

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