Descoberta da matéria escura, novamente?

Detector de silício do CDMS

O experimento CDMS (Cryogenic Dark Matter Search) está sendo realizado na mina de Soudan  no estado de Minnesota nos Estados Unidos. Ele possui detectores de silício para descobrir colisões de partículas de matéria escura com matéria normal, mais especificamente, para detectar WIMPs (weakly interacting massive particles), partículas massivas que interagem fracamente. Nesta semana, anunciaram a detecção de três eventos que podem ser de WIMPs. Vale a pena recordar que em 2010 anunciaram coisa semelhante mas depois descobriu-se que se tratava de colisões entre matéria normal e não matéria escura. Novamente teremos que esperar mais dados para confirmar a descoberta da matéria escura. Outros comentários podem ser encontrados aqui e aqui. 

AMS Anuncia seus Primeiros Resultados

A colaboração AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) projetou e construiu um poderoso espectrômetro para coletar e identificar raios cósmicos vindos das profundezas do espaço. Um protótipo  o AMS-01, foi para o espaço a bordo do ônibus espacial Discovery em junho de 1998. Logo em seguida foi construído o AMS-02, que foi levado para estação espacial em maio de 2011, e já coletou dados de 25 bilhões de raios cósmicos. Hoje, os primeiros resultados foram anunciados no CERN. Um nota para a imprensa também foi divulgado

AMS-02 instalado na estação espacial

O universo é composto predominantemente por matéria mas pequenas quantidades de antimatéria são geradas pelas colisões de raios cósmicos muito energéticos com o meio interestelar, por campos magnéticos extremamente fortes em pulsares (estrelas de nêutrons em rotação), ou pela aniquilação de matéria escura no centro de nossa galáxia. Em particular, a matéria escura produziria  um excesso de pósitrons de alta energia comparado com outros processos de origem astrofísica, caso esses processos sejam bem conhecidos. Daí a busca, em vários experimentos, por excesso de pósitrons como um indicativo da existência da matéria escura.

Em 2008 a colaboração PAMELA encontrou um aumento na fração de pósitrons entre 10 e 100 GeV. Em 2010 o telescópio Fermi confirmou que tal excesso se estende até 200 GeV. O AMS anunciou hoje que o aumento na fração de pósitrons continua até 250 GeV. Tais resultados podem ser explicados pela existência  de partículas de matéria escura, talvez supersimétricas, mas também poderiam ter origem em quasares no plano galáctico. Ainda não é possível distinguir a origem do excesso de pósitrons mas a grande contribuição do AMS-02 é mostrar que o resultado é sólido já que o experimento foi feito com grande precisão.

Na apresentação de hoje no CERN nem todos os dados foram apresentados. Apenas os eventos com energia até 250 GeV aparecem no gráfico. Vamos aguardar o que acontece acima desse valor. Talvez tenhamos alguma surpresa. Abaixo, um vídeo curto e interessante sobre o assunto no YouTube.

Divulgado os Dados do Planck

Satélite Planck

Os primeiros dados coletados pelo observatório Planck foram apresentados na semana passada. O satélite foi lançado pela Agência Espacial Européia com a finalidade de estudar as anisotropias da radiação cósmica de fundo. O lançamento ocorreu em 2009 e agora os primeiros resultados foram anunciados.

A radiação detectada pelo Planck foi gerada quando o Universo tinha 380.000 anos de idade e era composto por um plasma de elétrons e fótons à uma temperatura de 2.700 graus Celsius. Hoje em dia, devido a expansão do Universo, essa radiação tem uma temperatura de 2.7 graus acima do zero absoluto. O mapa de temperaturas do céu gerado pelo Planck está na figura abaixo.

RCM dtetectada pelo Planck

Analisando os dados gerados pelo Planck descobrimos que o Universo é 100 milhões de anos mais velho do que se estimava, e que tem um pouco mais de matéria escura e um pouco menos de energia escura do que se acreditava anteriormente. Portanto, a idade do Universo é de 13.8 bilhões de anos e seu conteúdo é composto de 4,9% de matéria ordinária, 26,8% de matéria escura e e 68,3% de energia escura. Os dados também mostram a existência de apenas 3 neutrinos (já conhecidos) e excluem a possibilidade de um quarto neutrino. 




Para se ter uma ideia da qualidade dos dados coletados pelo Planck basta comparar com os dados do COBE (lançado em 1989) e WMAP (lançado em 2001) na foto ao lado. Realmente um grande progresso. Pena que nada de excepcional tenha sido encontrado. Assim como no LHC...

O Higgs, finalmente.

Detectar uma partícula elementar é uma arte. Quando os prótons colidem no LHC produzem milhares de partículas, como na figura ao lado, e há um trabalho enorme em identificar entre elas aquela que queremos estudar. Mas isso não é suficiente. Temos que ter certeza de que ela tem as propriedades previstas pelo modelo padrão das partículas elementares, e se não tiver essas propriedades, o que seria a descoberta de uma nova partícula, teríamos que determinar suas propriedades.

Em julho do ano passado o CERN anunciou a descoberta de uma partícula que poderia ser o Higgs. Porque não anunciaram que a partícula é de fato o Higgs do modelo padrão? A razão para isso é que só foi possível determinar poucas propriedades da partícula recém descoberta. O Higgs é a partícula que gera massa para os bósons W e Z, descobertos no século passado. (Um aparte: veja que o Higgs não gera massa para o fóton, que é uma partícula de massa nula, mostrando que o Higgs não gera massa para todas as partículas como é muitas vezes afirmado.) O Higgs, portanto, deve decair nos bósons W e Z com diferentes taxas de decaimento. Com os dados coletados até Julho do ano passado foi possível detectar o decaimento da nova partícula nos Z´s mas não havia dados suficientes para encontrar o decaimento nos W´s. Daí o anúncio reticente. Na conferência de Moriond neste mês de Março foi anunciado que após uma coleta de mais dados foi possível detectar o decaimento do Higgs nos W´s. Mais uma razão para acreditar que a nova partícula é de fato o Higgs.

O que aconteceu com o decaimento do Higgs em dois fótons discutido no post anterior? Esse é outra propriedade importante a ser determinada para termos certeza de se trata do Higgs previsto pelo modelo padrão. No ano passado os dados indicavam que havia um excesso na produção de dois de fótons no decaimento do Higgs. Na sema passada o ATLAS anunciou que o excesso de fótons estava desaparecendo a medida que mais dados eram analisados. E agora o CMS anunciou a mesma coisa. A partícula detectada no LHC parece mesmo ser o Higgs do modelo padrão. As esperanças de que fosse um Higgs diferente do modelo padrão, que indicaria a existência de nova física, como a supersimetria, parece estar morrendo rapidamente.

Outras propriedades importantes para caracterizar uma partícula elementar são o spin e a paridade. As partículas bosônicas possuem spin inteiro, como o fóton que tem spin 1, enquanto as fermiônicas possuem spin semi-inteiro, como o elétron com spin 1/2. A paridade fornece informações do que aconteceria se fosse  possível observar o decaimento através de um espelho. O vetor posição, por exemplo, tem paridade -1 já que suas componentes vistas no espelho são revertidas. A energia ou a massa, por exemplo, tem paridade +1 pois não mudam quando vistas no espelho. O modelo padrão requer que o bóson de Higgs tenha spin zero e paridade +1.Os dados coletados mostram exatamente esses atributos para a partícula detectada  isso foi anunciado em Moriond. Mais um teste que o Higgs passa.

É dessa forma vagarosa que a ciência avança. A coleta de dados e sua análise é essencial para a compreensão da Natureza. Agora já podemos chamar a partícula descoberta de Higgs. Finalmente... A única coisa a lamentar é que nada mais tenha sido descoberto no LHC até agora. Na próxima semana o satélite Planck deve divulgar seus dados sobre a radiação cósmica de fundo. Vamos ver se algo mais excitante vai aparecer.

Nada de Novo Sobre o Higgs

Está chegando ao fim a conferência Reencontres de Moriond. Esperava-se que novidades sobre o Higgs fossem apresentadas. Como comentado num post anterior, a taxa de decaimento do Higgs em dois fótons era ligeiramente maior do que aquele predito pelo modelo padrão das partículas elementares. O erro experimental, porém, era grande e mais dados seriam necessários para confirmar a descoberta. Se esse sinal fosse confirmado indicaria em que direção o modelo padrão deveria ser modificado para explicar esse comportamento anômalo. Essa era a grande expectativa! Nesta semana, entretanto, em Moriond, o experimento ATLAS  anunciou que os erros da medida dessa taxa de decaimento diminuíram bastante mas o sinal também diminuiu de forma que o Higgs apresenta todas as propriedades preditas pelo modelo padrão. Outro grupo experimental, o CMS, também fez as mesmas medidas mas ainda não concluiu a análise dos dados. Talvez façam algum anúncio a partir da próxima semana. Só resta esperar...