Física de Partículas:

O LHC e a busca pelos leptonsquarks

Essas partículas, ainda hipotéticas, são fascinantes justamente por carregarem uma dupla identidade — de um lado, a carga de “cor” dos quarks; de outro, o número leptônico dos léptons.

Por José Ildefonso*

De Taubaté-SP

Para Via Fanzine

30/08/2025

O navio de pesquisa R/V Blue Heron foi palco de uma importante descoberta científica.

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A recente busca por léptoquarks (LQs) conduzida pela colaboração ATLAS no LHC ilustra bem como a física de partículas avança: lentamente, testando hipóteses ousadas, mesmo quando os resultados parecem “negativos”. Essas partículas, ainda hipotéticas, são fascinantes justamente por carregarem uma dupla identidade — de um lado, a carga de “cor” dos quarks; de outro, o número leptônico dos léptons. Se existirem, poderiam oferecer uma resposta elegante a uma velha questão: por que a natureza organizou a matéria em famílias quase simétricas de quarks e léptons?

No caso específico desse estudo, o foco recaiu sobre a terceira geração, em particular no par formado pelo quark bottom (b) e o tau (τ). A escolha não é fortuita. Ambos são os mais pesados de suas respectivas famílias, o que já sugere uma proximidade especial com o mecanismo do Higgs e, consequentemente, com o enigma da hierarquia de massas. Além disso, há alguns anos medições envolvendo decaimentos de mésons B apontaram desvios que intrigaram os físicos — anomalias que poderiam ser explicadas justamente por léptoquarks com afinidade por taus.

A análise não foi trivial. Foram considerados 139 fb⁻¹ de dados de colisões próton-próton a 13 TeV, acumulados entre 2015 e 2018. Os pesquisadores procuraram assinaturas bastante específicas: eventos com um tau lepton e um jato originado de um quark b. Após o confronto com o pano de fundo previsto pelo Modelo Padrão, nada saltou aos olhos. Ou seja, nenhuma evidência direta da produção de léptoquarks apareceu. Ainda assim, o resultado está longe de ser uma decepção. Ele fixa novos limites de exclusão: massas abaixo de 1,5 a 1,7 TeV ficam praticamente descartadas. Para se ter uma ideia, estamos falando de objetos cerca de 17 vezes mais pesados que um próton.

O impacto desse tipo de estudo é mais sutil, mas profundo. Primeiro porque restringe o campo de jogo: modelos que apostavam em léptoquarks relativamente leves precisam ser reformulados. Depois, porque serve de marco experimental, qualquer busca futura, seja no LHC em sua versão de alta luminosidade ou em colisionadores vindouros, terá de começar a partir dessa nova referência. Há ainda um aspecto técnico curioso: mesmo sendo um colisor de prótons, o LHC, em raríssimos casos, pode se comportar como um colisor lépton-próton, graças a flutuações quânticas internas. Essa sutileza experimental amplia horizontes para caçadas de partículas exóticas.

No fundo, o valor do trabalho está em mostrar com precisão onde os léptoquarks não estão. É um progresso silencioso, mas essencial. Mapear o vazio é, de certo modo, desenhar o contorno do desconhecido. Se esses objetos existirem, não serão partículas “leves” acessíveis com os atuais feixes do LHC, estarão escondidos em uma região de energia mais remota, talvez aguardando os próximos instrumentos que a física de partículas ainda terá de construir.

* José Ildefonso é articulista, cronista e colaborador de Via Fanzine.

- Imagem: Criação do autor, utilizando IA.

- Leia o artigo científico:

https://atlas.cern/Updates/Briefing/Leptoquark-Lepton-Proton-Collisions

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