Experimento desafia o Modelo Padrão, apontando para uma nova força ou partículas na Física

O Modelo Padrão de física das partículas descreve a vasta maioria dos experimentos e observações envolvendo partículas elementares. Qualquer desvio das predições desse modelo seria o sinal de uma nova e fundamental física.

Agora, em um estudo publicado no periódico Physical Review Letters (1), pesquisadores reportaram os impactantes resultados do experimento 'Muon g - 2', conduzido no Laboratório Nacional Acelerador Fermi (Fermilab), Illinois, EUA, os quais corroboram experimentos conduzidos em 2001 sugerindo que os múons - partículas elementares instáveis semelhantes aos elétrons (carga elétrica -1 e spin de 1/2) mas muito mais massivos (~200x) - são mais magnéticos do que o Modelo Padrão previa.

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Múons ocorrem naturalmente quando raios cósmicos interagem com a atmosfera terrestre (2) e também são produzidos nos aceleradores de partículas.

Segundo o Modelo Padrão, o momento magnético do múon deveria ser um número muito próximo, mas não igual a 2. Experimentos, portanto, tentam medir com a maior precisão possível essa pequena diferença ('g - 2'). Nesse sentido, um experimento de 2001 no Laboratório Nacional de Brookhaven, New York, tinha encontrado um valor acima do previsto pelo modelo teórico.

No novo estudo, pesquisadores refizeram o experimento de 2001, colocando o múon para rodar em círculos ao redor de um anel magnético supercondutor com 15 metros de diâmetro, no Fermilab. Dados do re-experimento começaram a ser coletados em 2018, rendendo resultados quase três vezes melhores do que aqueles do experimento prévio, com acuracidade de 15 partes por bilhão.

Durante o movimento circular do múon dentro do acelerador, essa partícula interage com partículas subatômicas virtuais criadas a partir do vácuo. Essas partículas virtuais de vida muito curta, ao interagirem magneticamente com o múon, podem fazer este ser acelerado ou desacelerados. O momento magnético anômalo resultante dessas interações é predito com extrema precisão pelo Modelo Padrão. Caso os efeitos da interferência desviem da previsão teórica, isso sinaliza forças ou partículas adicionais não levadas em conta pelo Modelo Padrão.

O novo experimento indicou uma anomalia positiva no momento magnético do múon de 0,46 ppm, um resultado 3,3 desvios padrões do que o previsto pelo Modelo Padrão, e em concordância com o experimento de 2001.

(1) Publicação do estudo: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.141801

(2) Aliás, o decaimento dos múons faz parte de um clássico experimento validando a Teoria da Relatividade Especial. Para mais informações, acesse: Qual a diferença entre as Teorias da Relatividade Geral e da Relatividade Especial?

Referências adicionais: