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Exibição de evento de um candidato a bóson W decaindo em um múon e um neutrino de múon dentro do experimento ATLAS. A linha azul mostra a trilha reconstruída do múon e a seta vermelha denota a energia do neutrino múon não detectado (Imagem: CERN)
Uma medição ATLAS aprimorada da massa do bóson W está alinhada com o Modelo Padrão da física de partículas.
Genebra, 23 de março de 2023. O bóson W , uma partícula fundamental que carrega a força fraca carregada, é objeto de uma nova medição de precisão de sua massa pelo experimento ATLAS no CERN.
O resultado preliminar, relatado em uma nova nota de conferência apresentada hoje na conferência Rencontres de Moriond , é baseado em uma reanálise de uma amostra de 14 milhões de candidatos a bósons W produzidos em colisões próton-próton no Large Hadron Collider (LHC), carro-chefe do CERN acelerador de partículas.
A nova medição do ATLAS concorda e é mais precisa do que todas as medições de massa W anteriores, exceto uma – a medição mais recente do experimento CDF no Tevatron , um antigo acelerador do Fermilab.
Junto com sua contraparte eletricamente neutra, o bóson Z , o bóson W eletricamente carregado medeia a força fraca, uma força fundamental que é responsável por uma forma de radioatividade e inicia a reação de fusão nuclear que alimenta o Sol.
A descoberta da partícula no CERN há 40 anos ajudou a confirmar a teoria da interação eletrofraca que unifica as forças eletromagnética e fraca. Esta teoria é agora a pedra angular do Modelo Padrão da física de partículas. Os pesquisadores do CERN que possibilitaram a descoberta receberam o Prêmio Nobel de Física em 1984 .
Desde então, experimentos em colisores de partículas no CERN e em outros lugares mediram a massa do bóson W cada vez com mais precisão. No Modelo Padrão, a massa do bóson W está intimamente relacionada à força das interações eletrofracas e às massas das partículas fundamentais mais pesadas, incluindo o bóson Z, o quark top e o bóson de Higgs . Nesta teoria, a partícula é forçada a pesar 80354 milhões de elétron-volts (MeV), dentro de uma incerteza de 7 MeV.
Qualquer desvio da massa medida da previsão do Modelo Padrão seria um indicador de novos fenômenos físicos, como novas partículas ou interações. Para ser sensível a tais desvios, as medições de massa precisam ser extremamente precisas.
Em 2017, o ATLAS divulgou sua primeira medição da massa do bóson W , que foi determinada usando uma amostra de bósons W registrada pelo ATLAS em 2011, quando o LHC estava funcionando com uma energia de colisão de 7 TeV. A massa do bóson W saiu em 80370 MeV, com uma incerteza de 19 MeV.
Na época, esse resultado representava o valor de massa do bóson W mais preciso já obtido por um único experimento e estava de acordo com a previsão do Modelo Padrão e todos os resultados experimentais anteriores, incluindo os de experimentos no Large Electron-Positron Collider ( LEP ), predecessor do LHC no CERN.
No ano passado, a colaboração do CDF no Fermilab anunciou uma medição ainda mais precisa, com base em uma análise de seu conjunto de dados completo coletado no Tevatron. O resultado, 80434 MeV com uma incerteza de 9 MeV, diferiu significativamente da previsão do Modelo Padrão e de outros resultados experimentais, exigindo mais medições para tentar identificar a causa da diferença.
Em seu novo estudo, o ATLAS reanalisou sua amostra de bósons W de 2011, melhorando a precisão de sua medição anterior. A nova massa do bóson W, 80360 MeV com uma incerteza de 16 MeV, é 10 MeV menor que o resultado anterior do ATLAS e 16% mais precisa. O resultado está de acordo com o Modelo Padrão.
Para obter esse resultado, o ATLAS usou uma técnica avançada de ajuste de dados para determinar a massa, bem como versões mais recentes e aprimoradas do que é conhecido como funções de distribuição de partons do próton. Essas funções descrevem o compartilhamento do momento do próton entre seus quarks e glúons constituintes. Além disso, o ATLAS verificou a descrição teórica do processo de produção do bóson W usando execuções dedicadas de próton-próton do LHC.
“Devido a um neutrino não detectado no decaimento da partícula, a medição da massa W está entre as medições de precisão mais desafiadoras realizadas em colisores de hádrons. Requer calibração extremamente precisa das energias e momentos medidos das partículas, e uma avaliação cuidadosa e excelente controle das incertezas de modelagem”, disse o porta-voz do ATLAS, Andreas Hoecker. “Este resultado atualizado do ATLAS fornece um teste rigoroso e confirma a consistência de nossa compreensão teórica das interações eletrofracas”.
Outras medições da massa do bóson W são esperadas do ATLAS e do CMS e do LHCb , que também pesou recentemente o bóson.
Outras informações
Comunicado de notícias em vídeo: https://videos.cern.ch/record/2297554
Clipe de notícias: https://videos.cern.ch/record/2297560
Galeria de imagens ATLAS: https://home.cern/resources/image/experiments/atlas-images-gallery
Para saber mais, acesse o link abaixo>
Fonte: CERN / Publicação 23-03-2023
https://home.cern/news/press-release/physics/improved-atlas-result-weighs-w-boson
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas” e "Conhecendo a Energia produzida no Sol".
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
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