Faz um mês desde que os físicos do Grande Colisor de Hádrons frustrou as esperanças de muitos físicos e observadores de física que uma nova partícula apareceu em dados de colisão coletados durante a execução do experimento em 2015. Esta foi a ressonância de difótons de 750 GeV, um aumento inexplicável na produção de pares de fótons com energias de cerca de 750 gigaelétron-volts. Lá, nos detritos de partículas após as colisões extremas de alta energia que ocorrem entre pares de prótons, havia algo inexplicável. E, dado o estado atual da pesquisa em física de partículas, algo inexplicável teria sido fantástico. A ressonância de difótons de 750 GeV continuaria a gerar 547 artigos teóricos tentando explicá-lo.
A empolgação era justificável. A física chegou a um impasse desconfortável. Isso diz respeito ao Modelo Padrão da física de partículas, uma descrição prática e autoconsistente das partículas e forças que compõem grande parte de nossa realidade, mas não toda. Enquanto a descoberta do bóson de Higgs preencheu uma lacuna crucial do Modelo Padrão – reforçando assim seu valor preditivo para fenômenos experimentais – o Modelo não tem muito a dizer sobre os maiores mistérios remanescentes da física hoje: energia escura, matéria escura, gravidade, oscilações de neutrinos, assimetria matéria-antimatéria. Está incompleto.
Essa incompletude é a essência da busca pela Nova Física, ou física que não pode ser explicada pelo Modelo Padrão. A física em 2016 precisa urgentemente de eventos misteriosos, como o aumento de 750 GeV. É por isso que o clima desde o anúncio de 5 de agosto de que o referido aumento não reapareceu nos dados do LHC de 2016 tem sido tão sombrio. Todo mundo foi atrás dessa miragem (muito convincente) de uma nova partícula inexplicável apenas para encontrar apenas mais areia do Modelo Padrão.
Na Backreaction, a física e escritora Sabine Hossenfelder resume :
Agora que a colisão de difótons se foi , entramos no que ficou conhecido como 'cenário de pesadelo' para o LHC: The Higgs e nada mais. Muitos físicos de partículas pensaram nisso como o pior resultado possível. Deixou-os sem orientação, perdidos em um emaranhado de modelos que se multiplicam rapidamente. Sem alguma nova física, eles não têm nada com que trabalhar que já não tenham há 50 anos, nenhuma nova entrada que possa lhes dizer em que direção procurar o objetivo final da unificação e/ou gravidade quântica.
Quanto aos autores por trás desses 547 artigos, um físico pesquisador que bloga sob o nome ZapperZ escreveu após o anúncio de agosto: 'Eles tinham acabado de criar uma explicação para a existência do unicórnio... Acho que as pessoas preferem ser as PRIMEIRAS a serem corretas do que serem cautelosas e não parecerem tolas. Afinal, quantos de nós lembraríamos que tal -e-tal escreveu um artigo para explicar algo que nunca existiu em primeiro lugar?' Justo.
A nuvem escura é mais do que apenas algumas perguntas sem resposta. É sobre a coisa em si: como devemos pensar sobre física fundamental. Em particular, o 'fracasso' em encontrar física além do bóson de Higgs no LHC é uma afronta a algo mais filosófico e, bem, antigo. Isso é 'naturalidade'.
A física deve ser natural. A física deve ser simples e bonita. Devemos encontrar coincidências nas leis fundamentais da natureza e essas coincidências devem apontar para alguma ordem estética satisfatória. Isto é o que nos dizem sobre o mundo, em geral: que se pudermos atribuir a uma ordem natural e desordenada das coisas, seremos mais saudáveis e lúcidos. Viajaremos com a corrente de algo profundo e importante em vez de contra ela. Na elegância, tudo se encaixará no lugar.
Na física, a naturalidade assume a forma de coincidência numérica. A ideia, que se relaciona com a teoria quântica de campos, é técnica, mas o sentido de alto nível é que as várias constantes numéricas que governam o universo não devem parecer muito artificiais. Este é o apelo do Modelo Padrão, onde tudo se encaixa, naturalmente.
Exceto que não. A massa do bóson de Higgs parece realmente artificial. É pequeno – apesar de dotar as partículas com massas potencialmente da ordem de milhões de bilhões de TeV, o bóson de Higgs observado no LHC pesa apenas 0,125 TeV. Tipo, de alguma forma o bóson de Higgs começou com massa suficiente para deixar o universo como o vemos, mas não mais. Não é o tipo de coisa que você olha e pode imaginar que 'aconteceu'. É antinatural. Deve haver algo mais que não estamos vendo.
Assim, ao estender o Modelo Padrão, há esperança de resolver essa falta de naturalidade, mas físicos como Hossenfelder acham que perseguir explicações 'naturais' é parte do problema. “O fato de o LHC não ter visto evidências de nova física é para mim um sinal claro de que estamos fazendo algo errado, que nossa experiência na construção do modelo padrão não é mais uma direção promissora para continuar”, escreve ela. 'Nós nos colocamos em um beco sem saída, confiando na orientação estética para decidir quais experimentos são os mais promissores.'
Ou seja, tentar resolver o Modelo Padrão de acordo com alguma natureza ilusória só piorará nossos problemas.
No entanto, não estamos em um beco sem saída quando se trata do Modelo Padrão. O LHC está produzindo estatísticas sobre um parâmetro relacionado ao bóson de Higgs conhecido como tth Produção. Isso tem a ver com o acoplamento entre o Higgs e uma partícula conhecida como top quark. Os dados atuais mostram que isso está um pouco fora de sintonia com o que é previsto pelo Modelo Padrão, no entanto, como observado na semana passada no blog Résonaances, isso, como o aumento de 750 GeV, provavelmente também será uma mancha estatística. Ainda assim, em breve pode se tornar forragem para a próxima enxurrada de artigos de física especulativos.
Nuvens escuras pressagiam chuva, que lava as coisas, eu acho. 'Falhas' como sempre foram na física e na ciência em geral. Ao dizer o que algo não é, você está muito mais perto de dizer o que é. O único fracasso real é não fazer o experimento em primeiro lugar.