Em busca do "ilusivo" bosão de Higgs
O "ultra-tímido" bosão de Higgs pode, finalmente, ter-se mostrado no LHC. Ambos os detectores principais, ATLAS e CMS, descobriram indícios de um Higgs leve. A ser verdade, o Modelo Padrão de Partículas estaria completo.
Ainda mais emocionante, um Higgs com uma massa perto de 125 giga eléctrão-Volt/c2, seria também o início de um caminho num terreno inexplorado. Ser tão leve implicaria pelo menos um novo tipo de partícula para estabilizá-lo. "É muito emocionante", afirmou o porta-voz do CMS, Guido Tonelli. "Este poderá ser o primeiro anel de uma cadeia de descobertas."
Sendo a principal teoria de como partículas e forças interagem, o Modelo Padrão tem sido um sucesso espectacular desde que foi proposto na década de 1960. Mas ele só funciona no pressuposto de que o bosão de Higgs existe realmente. A partícula é o cartão de visitas de uma entidade invisível chamado o campo de Higgs, que conferirá a massa às partículas. O problema é o Modelo Padrão não poder prever a massa do Higgs. Os físicos começaram, há vários anos, a sua caça em aceleradores de partículas na versão menos massiva. Experiências têm vindo a descartá-la num intervalo de massas, com excepção de uma janela estreita entre os 115 e 141 GeV/c2.
Agora, na Terça-Feira, os físicos do Large Hadron Collider, do CERN, perto de Genève, Suiça, Tonelli e Fabiola Gianotti, chefe do detector ATLAS, apresentaram, separadamente, os resultados de mais de 300 trilliões colisões de partículas de alta velocidade efectuadas no ano passado. "Esta é a primeira vez que nós estamos realmente a explorar a sua massa em toda a região com a sensibilidade certa, o que permitirá que se há algo lá então começaremos a ver alguma coisa", diz Tonelli.
Encontradas massas similares nos dois detectores.
Os dados do ATLAS restringem o Higgs para valores entre 115 e 131 GeV/c2 e os do CMS um pouco menos de 127 GeV/c2.
Mais empolgante, o ATLAS viu um vislumbre forte do Higgs a 126 GeV/c2 e o CMS viu um a 124 GeV/c2. É a primeira vez que ambos os detectores viram um sinal com quase a mesma massa. "Os resultados são importantes para nós. Foram obtidos de forma completamente independente", disse Tonelli.
O Higgs aparecerá fugazmente nos destroços de colisões de alta velocidade de protões no LHC, mas não pode ser visto directamente, já que decairá num trilionésimo de segundo. Os físicos olham para o chuveiro de partículas mais leves e de fotões que resultarão da decomposição de bosões de Higgs, em várias massas possíveis. Há uma grande variedade de partículas que também produzem os mesmos produtos de decadência, assim os caçadores do Higgs têm que excluir a produção suspeita nos seus detectores.
Um sinal na tentativa
Embora ambas as equipas tenham vislumbrado o mesmo sinal em torno da mesma massa, ainda não há dados suficientes para reivindicar uma descoberta. O sinal no ATLAS de 126 GeV/c2 tem uma significância estatística de 2,3 sigma, o que significa que o resultado tem uma probabilidade de 2 por cento de ser uma flutuação aleatória; o sinal no CMS tem uma significância de apenas 1,9 sigma. Para reivindicar uma descoberta é preciso um significância de 5 sigma, isto é, haverá menos de 1 caso em um milhão de o resultado ser um acaso. "Há claramente insuficiência para concluir da sua existência nesta fase", diz Gianotti. "Pode ser algo interessante ou apenas uma flutuação".
Mesmo a sugestão de um Higgs de 125 GeV/c2 faz alguns teóricos suspirar de alívio. Embora o Modelo Padrão não possa prever a massa da partícula directamente, permite prever como outras partículas interagem com o Higgs, em particular os bosões W e Z que são responsáveis pela força nuclear fraca.
Experiências anteriores descobriram que a massa dos bosões W e Z é de 80,4 e 91,2 GeV/c2, respectivamente. Devido à forma como as partículas interagem, a massa de Higgs provavelmente variará entre cerca de 115 e 130 GeV/c2. Um Higgs de 125 GeV/c2 ou menos "é exatamente o que o médico receitou", diz o vencedor do Nobel, Frank Wilczek, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.
Nova Física
Esta sua massa abre também o caminho a uma Física para além do Modelo Padrão. Graças a subtis efeitos da Mecânica Quântica, um Higgs leve precisa de uma partícula companheira massiva "agindo como uma espécie de guarda-costas", diz Tonelli. Caso contrário, o vácuo quântico a partir do qual as partículas aparecem seria instável e o Universo há muito se teria desintegrado. Se o Higgs é leve, o facto de estarmos aqui hoje sugere que haja pelo menos uma partícula extra além das do Modelo Padrão.
Wilczek pensa que é uma óptima notícia. Ela abre a porta a uma das extensões matemáticas mais bonitas do Modelo Padrão: a Supersimetria ou SUSY, que sugere que todas as partículas conhecidas têm uma parceira ainda não detectada e é uma promessa para resolver uma série de deficiências do Modelo Padrão. Pode unificar as forças nucleares forte e fraca com a força electromagnética e oferece um candidato para a matéria escura.
A versão mais simples da teoria prediz que as suas partículas parceiro extra já deveriam estar a aparecer no LHC, e elas não estão. Se o Higgs realmente tem a massa cerca de 125 GeV/c2 poderia dar vida nova à teoria em crise. "Em algum sentido a SUSY vai receber um pouco de oxigénio", diz Tonelli. "Talvez a SUSY não seja o mais trivial e popular dos modelos, mas haverá um renascimento do interesse por ela. Continuará a ser uma importante área de pesquisa para os detectores do LHC no próximo ano.
Primeiro vislumbre
Entretanto, os físicos do ATLAS e do CMS efectuarão mais colisões para obterem mais dados para saber se os sinais de um Higgs leve se confirma. Combinando-os com os dois conjuntos de dados actuais seria efectivamente o dobro da estatística.Tonelli admite que seria firmar a significância estatística entre 3,7 e 3,9 sigma, ou 1 em cada 10.000 colisões de o resultado ser um acaso.
Assumindo que o colisionador continue a funcionar bem, ambos os aparelhos devem ter dados suficientes para confirmar ou negar a versão mais simples do Higgs até o final de 2012. Até então, os físicos podem olhar este momento para trás como o seu primeiro vislumbre de uma grande descoberta.
Também seria, de todo, emocionante se o Higgs não aparecesse. Se os sinais actuais não se confirmarem, os físicos vão continuar a operar com o LHC, até este atingir a sua energia total em 2015, para procurar outras partículas ou fenómenos que poderiam dar partículas de massa, sem qualquer necessidade do Higgs. "Deve haver algo mais que desempenha esse papel", diz Gianotti.