Stringent limits on - and Lorentz-invariance violation from ~meson decays
Utilizando dados de colisões próton-próton de 13 TeV do detector LHCb, este estudo estabelece as restrições mais precisas até o momento sobre a violação da invariância CPT e de Lorentz no sistema de mésons , medindo o parâmetro que viola a CPT e estabelecendo limites nos parâmetros de violação de Lorentz ao nível de dentro da estrutura da Extensão do Modelo Padrão.
Artigo original sob licença CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo
No coração da física moderna reside um conjunto de regras tão fundamentais que definem como o universo se comporta. Duas dessas regras são a simetria CPT e a invariância de Lorentz. A simetria CPT é a ideia de que, se você revertesse o tempo, trocasse cada partícula pelo seu oposto (antimatéria) e invertesse o universo como uma imagem de espelho, as leis da física permaneceriam exatamente as mesmas. A invariância de Lorentz é o princípio de que essas leis não mudam dependendo de quão rápido você está se movendo ou de qual direção você está enfrentando. Por décadas, esses princípios resistiram a todos os testes, formando o alicerce de nossa compreensão da realidade. No entanto, algumas teorias sobre as camadas mais profundas do universo, como aquelas que tentam explicar a gravidade, sugerem que essas regras podem falhar em níveis de energia incrivelmente altos. Se elas falharem, os efeitos seriam minúsculos, escondidos profundamente no comportamento de partículas subatômicas, esperando para serem descobertos por instrumentos de extrema precisão.
Uma equipe de cientistas trabalhando com o detector LHCb no CERN lançou um novo olhar, altamente sensível, sobre esta questão usando partículas chamadas mésons B0s. Estes são partículas de vida curta que contêm um quark bottom e que são criadas quando prótons colidem a quase a velocidade da luz. Os pesquisadores focaram em como essas partículas decaem, ou se decompõem, em outras partículas ao longo do tempo. Especificamente, eles observaram por um padrão de interferência sutil que apareceria se as regras da simetria CPT ou da invariância de Lorentz fossem levemente quebradas. Em um mundo onde essas simetrias se mantêm perfeitamente, o decaimento de uma partícula e de seu gêmeo de antimatéria deve seguir um ritmo perfeitamente previsível. Se as simetrias fossem violadas, esse ritmo oscilaria de uma forma específica, mudando dependendo da hora do dia conforme a Terra gira e a orientação das partículas muda em relação às estrelas.
Para encontrar essas oscilações, a equipe analisou uma enorme coleção de dados coletados entre o ano de 2015 e 2018. Eles peneiraram bilhões de colisões para isolar quase 380.000 instâncias onde um méson B0s decaiu em um conjunto específico de partículas filhas: um méson Ds e um píon. Este caminho de decaimento específico é particularmente útil porque é muito limpo e previsível, tornando mais fácil detectar qualquer desvio minúsculo do comportamento esperado. Os cientistas então construíram um modelo matemático detalhado de como essas partículas deveriam se comportar se o universo seguisse as regras padrão, e compararam este modelo com os dados reais. Eles procuraram por sinais de que a taxa de decaimento mudava conforme a Terra girava, o que indicaria que as leis da física eram diferentes dependendo da direção que as partículas estavam se movendo pelo espaço.
O resultado desta busca exaustiva foi uma confirmação de que o universo, pelo menos nas escalas de energia testadas, obedece a essas regras fundamentais. Os pesquisadores não encontraram evidências das oscilações que sinalizariam uma violação da simetria CPT ou da invariância de Lorentz, embora uma comparação das hipóteses oscilatórias e constantes tenha yielded uma significância de 1,8 desvios padrão, o que é compatível com uma flutuação estatística. Eles mediram os parâmetros que descreveriam tal violação e os encontraram consistentes com zero, dentro de uma margem de erro muito pequena. De fato, suas medições são as mais precisas já feitas para este tipo de partícula, elevando a sensibilidade a um nível onde podem descartar qualquer violação em uma escala de aproximadamente uma parte em dez elevado à décima quarta potência. Isso significa que, se essas simetrias forem quebradas, o efeito é tão incrivelmente pequeno que é atualmente invisível até mesmo para os detectores mais poderosos da Terra.
Este trabalho não apenas confirma o que já suspeitamos; ele aperta as restrições sobre quaisquer novas teorias que propõem que o universo é mais caótico em seus níveis mais profundos. Ao provar que o méson B0s se comporta exatamente como previsto, independentemente da hora do dia ou da direção de sua viagem, o estudo reforça a ideia de que as leis da física são, de fato, universais e imutáveis. Os pesquisadores efetivamente fecharam a porta para uma ampla gama de possibilidades de como essas simetrias poderiam ser quebradas, deixando os físicos com um caminho mais claro, embora mais desafiador, à frente em sua busca para compreender a natureza fundamental da realidade. O universo, ao que parece, permanece obstinadamente consistente.
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