O Modelo Padrão da Física pode estar incompleto? Partículas raras dão pistas

    O CERN anunciou novos resultados sobre o decaimento raro de partículas subatômicas. O processo envolve a transformação de um tipo de quark chamado quark beauty em um outro tipo chamado quark strange, acompanhada da produção de dois múons com cargas opostas.

    Resultados do CERN apontam uma possível discrepância entre medições de decaimentos raros de partículas e as previsões do Modelo Padrão, mas ainda não são conclusivos. Crédito: CERN
    Resultados do CERN apontam uma possível discrepância entre medições de decaimentos raros de partículas e as previsões do Modelo Padrão, mas ainda não são conclusivos. Crédito: CERN

    O CERN abriga o Grande Colisor de Hádrons (LHC), o maior acelerador de partículas do mundo. Nele, prótons são acelerados a velocidades próximas à da luz e colidem em altas energias. Experimentos analisam os produtos dessas colisões para testar previsões teóricas.

    O Modelo Padrão é a teoria que descreve as partículas elementares conhecidas e três das quatro interações fundamentais. Ele é considerado uma das estruturas teóricas mais bem-sucedidas da Física porque suas previsões foram confirmadas repetidamente por experimentos.

    No entanto, em novos resultados apresentados na conferência internacional ICHEP 2026, as colaborações CMS e LHCb investigaram um decaimento raro. Esse processo, mediado pela interação fraca, ocorre com baixa probabilidade e pode ser afetado por contribuições de partículas ainda desconhecidas.

    O que são quarks?

    Quarks são partículas elementares que constituem os prótons e nêutrons, componentes dos núcleos atômicos. Eles interagem por meio da força nuclear forte, descrita por uma área da Física chamada de Cromodinâmica Quântica, e possuem uma propriedade chamada carga de cor.

    Diferentemente de partículas como o elétron, os quarks não são encontrados isolados mas permanecem em partículas compostas.

    Existem seis tipos de quarks, chamados sabores: up, down, charm, strange, top e bottom, também conhecido como beauty. Eles diferem principalmente em massa e em algumas propriedades quânticas, embora compartilhem características fundamentais, como a carga elétrica e spin.

    Transição de sabores

    Um quark de um tipo pode se transformar em quark de outro tipo através das transições de sabores. Essas transformações também podem ser influenciadas por outras partículas. Se os resultados experimentais diferirem das previsões de partículas conhecidas, isso pode indicar a influência de partículas ainda não descobertas.

    Os quarks possuem seis sabores: up, down, charm, strange, top e bottom (beauty). Eles diferem em massa e propriedades quânticas e formam partículas compostas, como prótons e nêutrons. Crédito: CERN
    Os quarks possuem seis sabores: up, down, charm, strange, top e bottom (beauty). Eles diferem em massa e propriedades quânticas e formam partículas compostas, como prótons e nêutrons. Crédito: CERN

    Algumas dessas transições são extremamente raras e, por isso, funcionam como testes do Modelo Padrão. Um exemplo é o processo em que um quark beauty se transforma em um quark strange, acompanhado da produção de um múon e de um antimúon, que ocorre uma vez a cada dez milhões de decaimentos.

    Raridade do efeito

    Esse foi um dos processos investigados pelas colaborações CMS e LHCb e exigiu a análise de grandes quantidades de colisões para ser observado com precisão. Os pesquisadores estudaram seis tipos de decaimento com quarks beauty, medindo a frequência com que cada processo ocorre.

    Os pesquisadores mediram uma propriedade chamada P5’, relacionada aos ângulos das partículas produzidas no decaimento. Essas medições permitem testar diferentes aspectos das previsões teóricas e também podem ajudar a entender se o Modelo Padrão consegue prever corretamente esses resultados.

    Discrepância

    Nessa análise, o LHCb encontrou uma discrepância porque a medição apresentou uma pequena diferença em relação à previsão do Modelo Padrão. O resultado foi obtido por meio de uma análise independente de modelos teóricos para explicar o processo. Essa diferença levanta a possibilidade de fenômenos desconhecidos.

    O Modelo Padrão descreve as partículas fundamentais e três das quatro forças conhecidas da natureza. Apesar de seu sucesso experimental, não explica todos os fenômenos do Universo. Crédito: CERN
    O Modelo Padrão descreve as partículas fundamentais e três das quatro forças conhecidas da natureza. Apesar de seu sucesso experimental, não explica todos os fenômenos do Universo. Crédito: CERN

    Apesar disso, o resultado está longe de ser conclusivo e não comprova uma falha do Modelo Padrão. Para determinar se a discrepância é física ou consequência de incertezas experimentais e teóricas, será necessário ampliar a amostra de dados e refinar as medições.

    Referência da notícia

    CERN. (2026). Studying beautiful flavour transitions.