Enigma físico de 1948 pode estar mais próximo de ser solucionado

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Cientistas podem estar mais próximos de desvendar um mistério que perdura desde 1948: a discrepância no momento magnético do múon. Um estudo recente, liderado pelo físico Diogo Boito, aponta para possíveis soluções dessa questão na física de partículas.

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O problema envolve a diferença entre o valor teórico e experimental do momento magnético do múon e pode indicar que a partícula está interagindo com outra de matéria escura, bósons de Higgs ou até mesmo uma força ainda desconhecida pela física.

A pesquisa, publicada pela revista Physical Review Letters, indica que a origem das discrepâncias está entre dois métodos utilizados para prever valor teórico de múon.

O que é o momento magnético do múon?

O momento magnético do múon é uma medida que quantifica como essa partícula, uma espécie de “primo” mais pesado do elétron, interage com campos magnéticos, como os produzidos por um ímã.

A grandeza é fundamental na física de partículas e é prevista teoricamente pela equação de Dirac – formulada pelo físico inglês Paul Dirac – como sendo igual a 2, representada pela letra “g”. No entanto, experimentos realizados em aceleradores de partículas revelam uma pequena diferença nesse valor, o que intriga os cientistas.

Leia mais:

Segundo Diogo Boito, professor do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP), a solução do problema pode levar a grandes descobertas no campo:

“A determinação precisa do momento magnético do múon tornou-se uma questão central na física de partículas, pois a investigação desse intervalo entre os dados experimentais e as previsões da teoria pode nos proporcionar informações que levem à descoberta de algum efeito novo e espetacular.”
Diogo Boito para a Agência FAPESP

Método de comparação de resultados

A interação do múon não pode ser calculada apenas teoricamente, então os cientistas usam diferentes métodos.
Um deles analisa dados de colisões de elétrons com pósitrons, e o outro, chamado “QCD na rede”, simula o processo em supercomputadores.
A primeira tem mais divergências entre resultados teóricos e experimentais, enquanto o “QCD na rede” geralmente está mais alinhado com a teoria, embora o motivo seja desconhecido.
O estudo resolve essa questão usando um novo método que compara resultados de simulação com dados experimentais.
A técnica utiliza diagramas de Feynman, gráficos que simplificam cálculos de interações entre partículas.

A chave do problema

O estudo, pela primeira vez com precisão, compreende os diagramas de Feynman. Boito explica:

Hoje, temos oito resultados para essas contribuições [dos diagramas de Feynman], obtidos com simulações de QCD na rede, e todos eles estão em bom acordo entre si. Mostramos que os resultados provenientes dos dados da interação elétron-pósitron não concordam com esses oito resultados das simulações.
Diogo Boito para a Ágencia FAPESP

De modo simplificado, o novo método de comparação ajuda a identificar qual é e onde está o problema do momento magnético do múon. A pesquisa recebeu apoio do programa Auxílio à Pesquisa Jovens Pesquisadores Fase 2 da FAPESP.