Físicos do LHC encontram evidência de decaimento de partícula raro

Uma equipe internacional de físicos no Grande Colisor de Hádrons (LHC), localizado na fronteira entre a França e a Suíça, apresentou na última terça-feira (3) a primeira evidência de um decaimento de partícula extremamente raro. O fenômeno observado envolve o méson B0, uma partícula composta por um quark bottom e um quark down, que se desintegra em um par de múons – partículas semelhantes a elétrons, mas cerca de 200 vezes mais pesadas. Este evento ocorre com uma frequência estimada de uma vez a cada 10 bilhões de decaimentos.

A busca por esse decaimento raro é um esforço que se estende desde 1984. O resultado atual foi apresentado pelo LHCb, um dos quatro grandes detectores do colisor, que utiliza o apelido "beauty" (beleza) para o quark bottom. Para identificar esse evento, que é como achar uma agulha em um palheiro, uma equipe de cerca de 20 pesquisadores, liderada por Harry Cliff da Universidade de Cambridge, combinou dados coletados entre 2011 e 2018 com novas observações de 2024 e 2025. Uma reforma recente no detector permitiu coletar informações até cinco vezes mais rápido, e algoritmos de aprendizado de máquina foram cruciais para filtrar o ruído em bilhões de colisões.

O que significa a evidência?

O resultado apresentado possui uma significância estatística de 3,2 sigma. Na física de partículas, uma descoberta só é considerada oficial quando atinge 5 sigma, o que corresponde a uma chance em 3,5 milhões de ser um acaso. Com 3,2 sigma, a chance de o sinal ser apenas uma flutuação nos dados é de aproximadamente 1 em 1.500. Por isso, os cientistas preferem falar em "evidência" em vez de "descoberta", e o trabalho ainda aguarda revisão por pares.

A importância de investigar esses decaimentos raros reside na comparação com as previsões do Modelo Padrão, a teoria que descreve as partículas fundamentais e suas interações. Se o decaimento observado se desviar da frequência prevista pelo modelo, isso indicaria a existência de lacunas teóricas e a possibilidade de novas partículas ou forças ainda desconhecidas.

Por que buscar o raro?

A investigação de eventos raros permite aos físicos sondar escalas de energia e distância extremamente pequenas, apelidadas de "zeptoverso" – distâncias na ordem de um zeptômetro (um bilionésimo de trilionésimo de metro). O LHC, com seu túnel de 27 km, consegue sondar até cerca de 100 zeptômetros. Decaimentos como o observado funcionam como uma janela para explorar ainda mais fundo esse universo subatômico.

Essas investigações podem fornecer respostas para alguns dos maiores mistérios da física, como a natureza da matéria escura e a predominância da matéria sobre a antimatéria no Universo. Por enquanto, o decaimento observado parece estar em conformidade com as previsões do Modelo Padrão, o que, embora não revele novas físicas, ajuda a descartar certas hipóteses e a refinar o modelo existente.

Próximos passos no LHC

O detector LHCb continuará coletando dados até o início da década de 2030. Uma futura reforma pode aumentar ainda mais a velocidade de coleta de informações. Além disso, a esperança da comunidade científica está voltada para o sucessor do LHC, que deve entrar em operação em algumas décadas, prometendo sondar o "zeptoverso" com ainda mais profundidade.

A questão fundamental que motiva essa pesquisa é entender por que o Universo produziu quarks e outras partículas que parecem ser raramente utilizados em processos cotidianos. Os físicos ainda não têm a resposta completa, mas os experimentos no LHC estão gradualmente aproximando a ciência dessa compreensão.