Notícia

Jornal da Unesp

Bóson de Higgs comprovado

Publicado em 01 agosto 2014

Por José Tadeu Arantes, da Agência FAPESP

O decaimento direto do bóson de Higgs em férmions – corroborando a hipótese de que ele é o gerador das massas das partículas constituintes da matéria – foi comprovado no Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), o gigantesco complexo experimental mantido pela Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (Cern) na fronteira da Suíça com a França.

O anúncio da descoberta foi publicado em junho na revista Nature Physics pelo grupo de pesquisadores ligado ao detector Solenoide Compacto de Múons (CMS, na sigla em inglês).

Da equipe internacional do CMS participam dois grupos de cientistas brasileiros: um sediado no Núcleo de Computação Científica (NCC) da Unesp, em São Paulo, e outro no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), e na Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Uerj), no Rio de Janeiro.

“O experimento mediu, pela primeira vez, os decaimentos do bóson de Higgs em quarks bottom e léptons tau. E mostrou que eles são consistentes com a hipótese de as massas dessas partículas também serem geradas por meio do mecanismo de Higgs”, disse o físico Sérgio Novaes, professor da Unesp, à Agência Fapesp.

Novaes é líder do grupo da universidade paulista no experimento CMS e pesquisador principal do Projeto Temático “Centro de Pesquisa e Análise de São Paulo” (Sprace), integrado ao CMS e apoiado pela Fapesp.

O novo resultado reforçou a convicção de que o objeto cuja descoberta foi oficialmente anunciada em 4 de julho de 2012 é realmente o bóson de Higgs, a partícula que confere massa às demais partículas, de acordo com o Modelo Padrão, o corpo teórico que descreve os componentes e as interações supostamente fundamentais do mundo material.

“Desde o anúncio oficial da descoberta do bóson de Higgs, muitas evidências foram coletadas, mostrando que a partícula correspondia às predições do Modelo Padrão. Foram, fundamentalmente, estudos envolvendo seu decaimento em outros bósons (partículas responsáveis pelas interações da matéria), como os fótons (bósons da interação eletromagnética), o W e o Z (bósons da interação fraca)”, disse Novaes.

Os pesquisadores buscavam uma evidência direta de que o decaimento do bóson de Higgs nesses campos de matéria obedeceria à receita do Modelo Padrão. Porém, essa não era uma tarefa fácil, porque, exatamente pelo fato de conferir massa, o Higgs tem a tendência de decair nas partículas mais massivas, como os bósons W e Z, por exemplo, que possuem massas cerca de 80 e 90 vezes superiores à do próton, respectivamente.

“Para se ter ideia, a cada trilhão de colisões realizadas no LHC, existe um evento com bóson de Higgs. Destes, menos de 10% correspondem ao decaimento do Higgs em um par de taus”, disse.

Para comprovar com segurança o decaimento do bóson de Higgs no quark bottom e no lépton tau, a equipe do CMS precisou coletar e processar uma quantidade descomunal de dados. “Por isso nosso artigo na Nature demorou tanto tempo para sair”, afirmou Novaes.

Os experimentos foram muito coerentes com as predições teóricas.

“Essa partícula foi procurada por quase meio século e acabou sendo admitida pela falta de uma proposta alternativa, capaz de responder por todas as predições com a mesma margem de acerto. Então, esses resultados que estamos obtendo agora no LHC são realmente espetaculares”, disse Novaes.

O artigo Evidence for the direct decay of the 125 GeV Higgs boson to fermions (doi:10.1038/nphys3005), da colaboração CMS, pode ser lido em: <http://goo.gl/SWuHHi>.

GLOSSÁRIO

MODELO PADRÃO

Engloba três das quatro interações conhecidas (eletromagnética, fraca e forte), mas não incorpora a interação gravitacional. O Modelo Padrão baseia-se no conceito de partículas elementares, agrupadas em férmions (partículas constituintes da matéria), bósons (partículas mediadoras das interações) e o bóson de Higgs (partícula que confere massa às demais partículas).

FÉRMIONS

Segundo o Modelo Padrão, são as partículas constituintes da matéria. Compõem-se de seis quarks (up, down, charm, strange, top, bottom), seis léptons (elétron, múon, tau, neutrino do elétron, neutrino do múon, neutrino do tau) e suas respectivas antipartículas. Os quarks agrupam-se em tríades para formar os baryons (prótons e nêutrons) e em pares quark-antiquark para formar os mésons. Em conjunto, baryons e mésons constituem os hádrons.

BÓSONS

Segundo o Modelo Padrão, os bósons vetoriais são as partículas mediadoras das interações. Compõem-se do fóton (mediador da interação eletromagnética), do W+, W− e Z (mediadores da interação fraca); e de oito tipos de glúons (mediadores da interação forte).

BÓSON DE HIGGS

Nome em homenagem ao físico britânico Peter Higgs (nascido em 1929). Segundo o Modelo Padrão, é o único bóson elementar escalar (os demais bósons elementares são vetoriais). Foi postulado para explicar por que todas as partículas elementares do Modelo Padrão possuem massa, exceto o fóton e os glúons. Sendo uma das partículas mais massivas propostas pelo Modelo Padrão, só pode ser produzido em contextos de altíssima energia (como aqueles que teriam existido logo depois do Big Bang ou os agora alcançados no LHC), decaindo quase imediatamente em partículas de massas menores. Em reconhecimento à descoberta, a Real Academia Sueca concedeu o Prêmio Nobel de Física de 2013 a Peter Higgs e ao belga François Englert, dois dos propositores da partícula.

DECAIMENTO

Processo espontâneo por meio do qual uma partícula se transforma em outras, dotadas de massas menores.

LHC

O Grande Colisor de Hádrons consiste em um túnel circular de 27 quilômetros de extensão, situado 175 metros abaixo da superfície do solo, na fronteira entre a França e a Suíça. Nele, feixes de prótons são acelerados em sentidos contrários e levados a colidir em patamares altíssimos de energia, gerando, a cada colisão, outros tipos de partículas. O LHC é dotado de sete detectores, sendo os dois principais o CMS e o Atlas