Como supercomputadores e ímãs gigantes resolveram mistério de 20 anos

Eles calcularam as contribuições de mais de 10.000 fatores para o magnetismo do múon. Eles até incluíram uma partícula chamada Bóson de Higgs, que só foi descoberta em 2012.

Mas havia um último ponto de atrito: a força nuclear forte, uma das quatro forças fundamentais do Universo. Em particular, calcular a maior contribuição da força nuclear forte para o resultado não foi tarefa fácil.

Antimatéria versus supercomputadores

Não foi possível computar essa contribuição da mesma forma que as outras, portanto, precisávamos de uma abordagem diferente.

Em 2020, a Iniciativa Teórica voltou-se para as colisões entre elétrons e suas contrapartes de antimatéria: pósitrons. As medições dessas colisões elétron-pósitron forneceram os valores que faltavam.

Em conjunto com todas as outras partes, isso deu um resultado que discordava fortemente da última medição experimental. A discordância foi quase forte o suficiente para anunciar a descoberta de uma nova física.

Simulações realizadas com o supercomputador Hawk no High-Performance Computing Center Stuttgart resolveram a discrepância entre os cálculos e o experimento. Marijan Murat/picture alliance via Getty Images

Ao mesmo tempo, eu estava explorando uma abordagem diferente. Juntamente com meus colegas da colaboração Budapest-Marseille-Wuppertal, realizamos uma simulação em supercomputador dessa contribuição.

Nosso resultado eliminou a tensão entre teoria e experimento. Entretanto, agora tínhamos uma nova tensão: entre nossa simulação e os resultados das colisões elétron-pósitron que haviam resistido a 20 anos de análise. Como esses resultados de 20 anos poderiam estar errados?

Desaparecem os indícios de uma nova física

Desde então, dois outros grupos produziram simulações completas que concordam com as nossas, e muitos outros validaram partes do nosso resultado. Também produzimos uma nova simulação revisada que quase dobra nossa precisão (lançada como um preprint, estudo que ainda não foi revisada por pares ou publicado em uma revista científica).

Para garantir que essas novas simulações não fossem afetadas por nenhuma preconcepção, elas foram realizadas "às cegas". Os dados da simulação foram multiplicados por um número desconhecido antes de serem analisados, portanto, não sabíamos o que seria um resultado "bom" ou "ruim".

Em seguida, realizamos uma reunião emocionante e estressante. O fator de cegueira foi revelado, e descobrimos os resultados de anos de trabalho de uma só vez. Depois de tudo isso, nosso último resultado está ainda mais de acordo com a medição experimental do magnetismo do múon.

Mas outros surgem

A Muon g-2 Theory Initiative passou a usar os resultados da simulação em vez dos dados das colisões elétron-pósitron em sua previsão oficial, e o indício de nova física parece ter desaparecido.

Exceto... por que os dados elétrons-pósitrons foram discordantes? Físicos de todo o mundo estudaram essa questão extensivamente e uma sugestão de explicação interessante é uma partícula hipotética chamada "fóton escuro".

O fóton escuro não só poderia explicar a diferença entre os resultados mais recentes do múon e os experimentos com elétrons e pósitrons, mas (se existir) também poderia explicar como a matéria escura se relaciona com a matéria comum.

*Finn Stokes, Ramsay Fellow em Física na Universidade de Adelaide.

Esse artigo é republicado do The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o original aqui.