O Grande Colisor de Hádrons (LHC), uma das mais avançadas instalações de pesquisa em física de partículas do mundo, pode ter registrado o decaimento mais raro de uma partícula já observado. A descoberta, apresentada por uma equipe de cientistas do CERN, levanta questões sobre a compreensão atual do Modelo Padrão da física.

O que são quarks e sua importância

Os quarks são partículas subatômicas fundamentais que compõem os núcleos dos átomos, se agrupando em trios para formar prótons e nêutrons. Embora existam seis tipos de quarks, a maioria dos átomos é formada por apenas dois: up e down. No entanto, outros quarks, como o charm, top, strange e bottom, também existem, mas são observados em condições extremas, como as do LHC.

O fenômeno do decaimento raro

O quark top, por exemplo, é consideravelmente mais massivo que o quark up, com uma massa 85 mil vezes maior. Essas partículas têm uma existência efêmera e, quando colidem, podem gerar partículas raras, como o méson B0, que consiste em um quark bottom e um quark down. O intrigante é que, ao decair, esse méson pode, em raras ocasiões, se transformar em múons, partículas com massa cerca de 200 vezes maior que a dos elétrons. A taxa de ocorrência desse decaimento é de uma vez a cada 10 bilhões de tentativas, o que torna a observação deste fenômeno um grande desafio para os físicos.

Evidências e significância estatística

Após quatro décadas de pesquisa, os cientistas do LHCb, um dos detectores do LHC, apresentaram a primeira evidência do decaimento raro em 3 de outubro. A equipe, liderada por Harry Cliff, da Universidade de Cambridge, analisou dados coletados entre 2011 e 2018, além de novas informações obtidas entre 2024 e 2025. O detector, que passou por uma atualização, agora opera até cinco vezes mais rápido, utilizando algoritmos de aprendizado de máquina para filtrar o ruído em bilhões de colisões.

O sinal observado possui uma significância estatística de 3,2 sigma, o que significa que a probabilidade de ser um acaso é de aproximadamente 1 em 1.500. Embora isso represente um avanço, a comunidade científica exige uma significância de 5 sigma para confirmar uma descoberta nesse campo, o que equivale a uma chance em 3,5 milhões.

Por que a busca por decaimentos raros?

A importância dessa pesquisa reside no fato de que o Modelo Padrão prevê a frequência desse decaimento. A detecção de qualquer anomalia pode indicar lacunas nessa teoria, sugerindo a existência de novas partículas ou fenômenos ainda desconhecidos. As investigações se concentram em dimensões muito pequenas, conhecidas como “zeptoverso”, que são distâncias da ordem de um zeptômetro. Para ilustrar, se um próton tivesse o tamanho do Maracanã, um zeptômetro seria comparável a um grão de areia no gramado.

O LHC já tem a capacidade de sondar distâncias de cerca de 100 zeptômetros, e a observação de decaimentos raros permite uma exploração ainda mais profunda. Isso pode ajudar a elucidar mistérios fundamentais da física, como a natureza da matéria escura e a razão pela qual o universo contém mais matéria do que antimatéria.

O futuro das pesquisas no LHC

Atualmente, os indícios observados não apontam para inconsistências no Modelo Padrão, mas fornecem dados valiosos que ajudam a descartar áreas onde novas teorias podem não estar presentes. O LHCb continuará a coleta de dados até o início da década de 2030, com uma nova reforma prevista para aumentar ainda mais a capacidade de coleta. O futuro da pesquisa em física de partículas também dependerá do sucessor do LHC, cuja operação está prevista para as próximas décadas.

Assim, a busca pela compreensão do universo e das partículas subatômicas continua, e a ciência pode estar mais próxima de responder à intrigante questão: por que o universo gerou quarks que parecem ter tão pouca utilidade? A resposta ainda está por vir.