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Chiara Maccani, doutoranda do CERN e da Universidade de Pádua, instalando o detector TWOCRYST Fibre Tracker no túnel do LHC. (Foto: Sune Jakobsen)
A dupla canalização de cristais foi observada pela primeira vez no LHC, um marco para futuras pesquisas de partículas de curta duração
Será que dois cristais curvados podem abrir caminho para a descoberta de uma nova física? O Modelo Padrão da física de partículas descreve nosso mundo em suas menores escalas excepcionalmente bem. No entanto, ele deixa algumas questões importantes sem resposta, como o desequilíbrio entre matéria e antimatéria, a existência da matéria escura e outros mistérios. Um método para encontrar uma "nova física" além do Modelo Padrão é medir as propriedades de diferentes partículas com a maior precisão possível e, em seguida, comparar a medição com a teoria. Se os dois não concordarem, isso pode sugerir uma nova física e nos permitir, aos poucos, juntar as peças de um quebra-cabeça para um quadro mais completo do nosso Universo.
Um exemplo de partículas que os físicos desejam estudar mais de perto são os "bárions charm", como o "Lambda-c-plus" (Λ c + ), que é um "primo" mais pesado do próton, consistindo de três quarks: um up, um down e um charm. Essas partículas decaem após menos de um trilionésimo de segundo (10 -13 s), o que torna qualquer medição de suas propriedades uma corrida contra o tempo. Algumas de suas propriedades ainda não foram medidas com alta precisão, deixando espaço para novas físicas se esconderem. Os momentos dipolares magnéticos e elétricos das partículas são de particular interesse. No passado, medições precisas de momentos dipolares em outras partículas forneceram testes-chave de teorias estabelecidas e, às vezes, revelaram surpresas que apontavam para novas físicas.
Um novo conceito experimental visa medir as propriedades de bárions charme usando um alvo fixo e dois cristais curvados. Momentos dipolares elétricos e magnéticos podem ser medidos forçando partículas em uma trajetória curva. Como os bárions charme decaem extremamente rápido, no entanto, técnicas convencionais que usam campos magnéticos não são fortes o suficiente para obter resultados mensuráveis. Uma abordagem alternativa poderia ser explorar o fato de que os átomos dentro de um cristal são organizados ordenadamente como uma rede tridimensional, formando pequenos canais quando vistos de certas direções. Se um cristal curvado for colocado dentro de um fluxo de partículas carregadas, as partículas podem seguir esses canais, sofrendo deflexões que de outra forma seriam inalcançáveis em uma distância tão curta. Assim, isso torna possíveis medições em partículas de vida extremamente curta.
Na configuração completa, um cristal de silício curvado é inserido próximo ao feixe de prótons dentro de um fluxo de partículas chamado "halo secundário" – prótons que se afastaram demais do centro do feixe e normalmente seriam absorvidos pelo sistema de colimação do LHC. Este primeiro cristal direciona as partículas para longe do feixe principal do LHC em direção a um alvo de tungstênio, onde as colisões produzem bárions de charme. Um segundo cristal de silício então curva a trajetória das partículas produzidas com força suficiente para que seus momentos dipolares possam ser medidos com precisão por um detector especializado.
O TWOCRYST foi concebido como um experimento de prova de princípio, projetado para testar se o conceito realmente funciona na prática – desde o desempenho dos cristais até a precisão de seu alinhamento. Após apenas dois anos de preparação, o TWOCRYST foi instalado no LHC no início do ano. "A configuração experimental é uma versão simplificada de um experimento completo, consistindo em dois cristais de silício curvados, um alvo e dois detectores 2D (um rastreador de pixels e um rastreador de fibra)", explica Pascal Hermes, líder do estudo TWOCRYST. "Um dos objetivos é verificar se as partículas podem ser desviadas através de ambos os cristais em sequência – o chamado 'canalização dupla'."
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