Nova física ameaçada: o múon pode não ser tão magnético afinal

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Imagem: Imagem: Múon dentro de uma molécula de carbono 60. Reprodução de ISIS Neutron and Muon Source
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Em 7 de abril, um estudo assinado por mais de 200 cientistas do projeto Múon g-2, utilizando dados do Laboratório Nacional do Acelerador Fermi (Fermilab), anunciou uma descoberta incrível: o múon (uma partícula subatômica instável, parecida com o elétron, mas 207 vezes mais pesada) seria mais magnético do que inicialmente previsto pelo modelo padrão. Essa diferença poderia sinalizar novas partículas esperando para serem descobertas. Mas no mesmo dia, 14 teóricos do coletivo de cientistas Budapest-Marseille-Wuppertal (BMW) publicaram um artigo que sugere que o cálculo está errado. O valor seria bem mais próximo do resultado experimental, o que praticamente acaba com a discrepância encontrada pelo time do experimento Múon g-2.

Entendendo o múon

O primo mais pesado e instável do elétron atua como um minúsculo ímã, o que faz com que seu magnetismo se torne um meio para detectar indícios de novas partículas. Por isso, a mecânica quântica e a relatividade exigem que o múon tenha um certo magnetismo básico. Graças à incerteza quântica, as partículas e antipartículas também existem e deixam de existir constantemente ao redor do múon. Essas partículas "virtuais", embora não possam ser observadas diretamente, podem afetar as propriedades do múon, incluindo seu magnetismo.

Cálculo de magnetismo

O múon, segundo o modelo padrão, deve aumentar seu magnetismo em cerca de 0,1%. O cálculo do experimento Muon g-2, no entanto, chegou ao resultado de que o múon seria cerca de 2,5 partes por bilhão mais magnético do que o previsto. Para chegar a este resultado os teóricos tiveram que levar em conta as milhares de maneiras pelas quais as partículas do modelo padrão podem flutuar em torno do múon e afetar o seu comportamento.

Um grupo de processos, conhecido como polarização a vácuo hadrônica, é especialmente desafiador e limita a precisão de todo o cálculo: nela, o múon emite e reabsorve partículas conhecidas como hádrons, que consistem em outras partículas chamadas quarks. A teoria dos quarks e da força nuclear forte que os une – a Cromodinâmica quântica (QCD) – é tão complicada que os teóricos não conseguem calcular seus efeitos por meio das séries usuais de aproximações. Em vez disso, é preciso contar com dados de aceleradores de partículas que criam hádrons pela colisão de elétrons e pósitrons.

Os teóricos também podem tentar executar cálculos de QCD de força bruta em supercomputadores – se modelarem o contínuo espaço-tempo como uma rede de pontos discretos ocupados por quarks e partículas chamadas glúons, que transmitem a força. E, de fato, há doze anos, teóricos mostraram que esta técnica de “rede QCD” conseguia calcular as massas do próton e do nêutron, os hádrons. Vários grupos de cientistas também aplicaram a rede ao magnetismo do múon, embora com incertezas consideráveis.

Agora, após milhões de horas de pesquisa no processador do Centro de Pesquisa Jülich na Alemanha, outro grupo de cientistas produziu um cálculo de rede da polarização do vácuo hadrônico e um valor para o magnetismo do múon que rivaliza em precisão com o valor do modelo padrão de consenso: o novo resultado está apenas uma parte por bilhão abaixo do valor experimental, como relatou recentemente a equipe à revista Nature – o que não chega a ser uma discrepância.

Muita discussão pela frente

Zoltan Fodor, teórico da Universidade da Pensilvânia e líder do coletivo BMW, que questiona o cálculo da equipe do experimento Múon g-2 utilizando os dados do Fermi, levanta questões sobre o valor do consenso. Segundo ele, os dois conjuntos de dados discordam de forma preocupante e o resultado de sua equipe está livre de tais incertezas: “Este é o único cálculo no mercado, então algumas pessoas se sentem desconfortáveis”, diz ele.

No entanto, alguns teóricos dizem que é muito cedo para colocar tanto peso em um único cálculo de rede. Os cálculos de alta precisão devem aparecer dentro de um ano. Até lá, teremos que nos contentar com o talvez.

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