Procura e descoberta com a massa

Neste capítulo irá habituar-se às ferramentas necessárias para prosseguir o trabalho, em particular aos métodos e técnicas matemáticas usadas. Com estas irá redescobrir o bosão Z e outras partículas conhecidas, procurar o bosão de Higgs e, não menos importante, explorar o Desconhecido!

O truque que irá utilizar para saber se foi produzida uma dada partícula na colisão, é não só reconhecer os seus produtos de decaimento, como pares muão-antimuão, eletrão-positrão ou fotão-fotão, mas também reconstruindo a massa da partícula que decaiu.

A massa é uma propriedade da partícula que, em conjunto com outras, pode ser usada para identificar a partícula sem ambiguidade.

Para perceber como reconstruir a massa, precisa de saber o que é eV (electrão-Volt), o que é momento, e o que é um vector. Para mais detalhes veja as páginas Unidades de Energia, Momento ou Vectores, respectivamente.

Iremos usar a fórmula relativística de Einstein para a massa-energia, na sua forma mais completa, e transformá-la usando algumas leis fundamentais na Natureza: Energia e Momento são conservados em todos os processos na Natureza. Os seus valores totais antes e depois da colisão ou do decaimento são os mesmos.

Na próxima secção explicamos uma relação útil, que nos permite calcular a massa de uma partícula “mãe” depois de conhecidos alguns parâmetros.

Aqui está essa relação para um bosão Z decaindo num par e+e–!

Nesta bela fórmula, m é a massa, E é a energia, p é o momento (vetorial, e portanto o produto aqui é o produto interno entre 2 vetores, enquanto o quadrado do vetor é o quadrado do seu módulo), e c é a velocidade da luz no vazio. As quantidades relativas ao eletrão, ao positrão e ao bosão Z são indicados com e⁻, e⁺ e Z, respetivamente.
E como é que irá procurar o bosão de Higgs?

Como o decaimento direto de um bosão de Higgs do Modelo Padrão em eletrões e em muões tem uma probabilidade muito baixa, é melhor procurar os decaimentos em pares de fotões e em pares de bosões Z (originando 2 pares de leptões, isto é, 2 leptões e 2 antileptões).

Para H→γγ, use a fórmula de cima e substitua “Z” por “H” e “e” por γ. E já está!

Para H→llll, use a formula de cima e, em vez de trabalhar com duas partículas, some as energias e os momentos vetoriais dos 4 leptões, e chame à partícula mãe “H” em vez de “Z”. Simples, não acha?

Vá para a próxima secção para aprender mais!