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Archive for outubro \17\UTC 2011

Quarks e glúons

segunda-feira, 17 out 2011; \42\UTC\UTC\k 42 1 comentário

Hoje saiu um artigo muito interessante na PRL (leia-se: tão interessante quanto 4 páginas permitem):

Quark and Gluon Tagging at the LHC (DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.172001)

Depois de ler o artigo você pode ir brincar nessa página:

Quark vs Gluon Jets

O que os autores fizeram foi estudar, usando os modelos de hadronização no Pythia e no Herwig (dois famosos programas de computador que calculam como acontecem as interações entre as partículas que colidem no acelerador), maneiras de se distinguir, evento a evento, se um jato no detector veio de um quark ou de um glúon. Quarks e glúons são partículas muito diferentes. Contudo, quando um evento contém qualquer um dos dois, eles começam a produzir um monte de partículas e o que se observa no detector são essas partículas fortemente colimadas na direção do quark ou glúon original, e é isso que as pessoas chamam de jatos.

Um dos problemas difíceis em física de altas energias é determinar a relação entre a energia do jato medida no seu calorímetro e a energia do quark ou glúon que gerou o jato, isto é, a escala de energia de jatos. Essa calibração é importantíssima em qualquer experimento que tem pretensão de medir estados finais com jatos.

O problema é que essa calibração é diferente se o jato veio de um quarks ou de um glúon. A razão disso é um tanto técnica — vem do fato que a quarks e glúons se transformam por diferentes representações de grupo de calibre SU(3) e que o acoplamento forte é proporcional ao operador de Casimir da representação, que são portanto diferentes para as duas representações distintas.

Bem, mas vamos esquecer esses detalhes técnicos. Eu queria explicar porque essa diferença é importante na prática. O que acontece é que há procuras por nova física onde o estado final é constituído puramente por quarks (glúons) e o background apenas por glúons (quarks). Então, primeiro: se sua calibração for feita com uma amostra que contém muitos glúons (quarks) você vai medir uma energia errada. Mas, segundo e o ponto mais interessante do artigo acima: se você tiver uma forma de rejeitar, evento a evento, jatos produzidos pela partícula do background, você pode obter uma amostra muito mais limpa.

Os autores dizem obter um ponto de trabalho para o complexo discriminante montado que aumenta a evidência de procuras por um fator de 3.2 (no caso de uma partícula hipótetica que decai para WW)! Isso é bem impressionante para melhorar a nossa capacidade de buscar evidências por física além do modelo padrão.

Agora, um cautionary tale

Medir energias corretamente, claro, também é importante. A maneira mais fácil de determinar a escala de energia dos jatos é com eventos do tipo \gamma + \text{jet}, ie, um fóton mais um jato onde você então assume que o momento do fóton é o mesmo do quark que deu origem ao jato (depois de cortes cinemáticos criteriosamente escolhidos para que isso seja verdade). O problema é que essa amostra é basicamente composta de quarks, então você está determinando a escala de energia apenas para quarks.

Digamos então que seu evento tenha um grande background, como é comum em procuras por nova física, que seja produzido prioritariamente por glúons. Sua escala de energia vai estar alta e você vai medir a energia um pouco maior. Isso é perigoso porque, com a energia errada, você pode confundir o background com o seu sinal gerando um resultado espúrio.

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E a busca pelo Higgs fica mais perto do fim…

sexta-feira, 14 out 2011; \41\UTC\UTC\k 41 Deixe um comentário

Hoje, o LHC terminou de entregar ao ATLAS e ao CMS 5 fb^{-1} de luminosidade integrada. Eu acho que já usei essa unidade muitas vezes aqui, mas nunca expliquei o que isso significa.

Estamos interessados em calcular quantos eventos vão ser registrados no detector. Existem diversos conceitos envolvidos nesse cálculo, então vamos entendê-los aos poucos.

Leia mais…

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A massa do W… o início.

sexta-feira, 7 out 2011; \40\UTC\UTC\k 40 Deixe um comentário

Eu não sei se vocês viram, mas se não viram, passem no blog Not Even Wrong:

What’s That at the Top of This Page?

O Peter Woit transcreve um relato muito emocionante sobre a observação do primeiro elétron + MET com massa transversa em torno da massa do W e das primeiras medidas envolvendo esse tipo de interação em experimentos de colisão hadrônica. O event display com o registro da colisão ocorrida em 1982 é usado como fundo para o blog e isso que motivou o relato (o elétron é aquela linha branca com a seta rosa no final):

Agora, o que é realmente de arrepiar, é a figura abaixo. É uma cópia da primeira apresentação de uma medida da massa, spin e largura de decaimento do W (12th International Conference On High-Energy Accelerators, agosto de 1893):

43 eventos! Sério, muito bacana mesmo. 🙂 Para se ter uma idéia, abaixo eu vou colocar o gráfico análogo do Atlas, apenas com os dados de 2010… veja que com meros 36 pb^{-1} cada bin de 4 GeV tem por volta de 8000 eventos. Eles vão terminar o ano com aproximadamente 5000 pb^{-1} e esse gráfico mostra apenas os pósitrons. Ou seja, cada bin que no gráfico do UA1 tinha um ou dois eventos, agora tem por volta de um milhão!

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Bóson de quem mesmo?

quinta-feira, 6 out 2011; \40\UTC\UTC\k 40 12 comentários

Uma das principais missões do LHC é encontrar o bóson de Higgs. Há muita controvérsia sobre como o bóson de Higgs deveria ser chamado e algumas semanas atrás tivemos uma breve discussão sobre isso num colóquio aqui (Para quem assistiu o colóquio não tem nada de novo nesse post… só achei a discussão interessante e resolvi escrever sobre ela aqui). Eu acho que essa questão ainda vai ser muito debatida por historiadores da ciência, principalmente se um dia ela for reparafraseada como quem deve ganhar um prêmio Nobel pela descoberta dessa partícula.

Apesar de grandes discórdias nessa história, a linha de tempo básica parece que todo mundo concorda e é isso que eu quero mostrar aqui. O primeiro artigo que contém a idéia básica da quebra espontânea de simetria como mecanismo para gerar massa é esse aqui abaixo:

Nesse artigo, Anderson argumenta como que ondas eletromagnéticas em um plasma se comportam como se fossem ondas de um campo massivo. Ele conclui, pois, que deve ser possível construir um modelo de Yang-Mills para interações massivas, que Sakurai estava tentando fazer na época (como relatado no artigo acima). Eu acho que o Anderson não costuma entrar na história porque esse artigo é puramente teórico e não considera nenhum modelo específico, embora ele pareça entender que a solução para a aparente incompatibilidade com o teorema de Goldstone é a presença de um campo de longo alcance. Com esse pessoal muito esperto eu sempre tendo a apostar que eles, no fundo, sabiam, mas que talvez não estivesse tão claro em suas mentes – ainda.

Dois anos depois, a história continua com esse artigo aqui:

E aqui começa a controvérsia. Não é claro o quanto Englert e Brout sabiam do trabalho do Anderson e se inspiraram nele. Mas esse é certamente o primeiro artigo que constrói um modelo com o que veio a ser chamado de mecanismo de Higgs.

O primeiro artigo do Higgs mesmo, apareceu um mês depois:

Nesse artigo, tal como Anderson, ele não constrói modelo nenhum, é um artigo puramente teórico. Mas ele coloca em bases um pouco mais sólidas a idéia do Anderson de que na presença de um campo de gauge não massivo, a quebra espontânea de simetria não gera um bóson de Goldstone, mas sim excitações massivas desse campo. Um mês depois, Higgs escreve um outro artigo, onde ele constrói o mesmo modelo do artigo do Englert e Brout com uma realização explítica do que ele tinha escrito no primeiro artigo.

Esse artigo tem uma história interessante. Ele foi primeiro submetido ao Physics Letters B, mas rejeitado. Aí o Higgs submeteu de novo, dessa vez para o Physical Review Letters e o referee do artigo foi o Nambu (prêmio Nobel pela descoberta do mecanismo de quebra espontânea de simetria), que alertou Higgs para a existência do artigo do Englert e Brout e pediu que ele comentasse. Higgs então adicionou uma nota de rodapé, reconhecendo que o modelo “de Higgs” já tinha sido construído anteriormente e inclusive que seu artigo considerava apenas os aspectos clássicos da teoria quântica construída por Englert e Brout.

E alguns meses mais tarde, ainda em 1964, mais três físicos entram na história (como se já não estivesse complicada o suficiente):

Guralnik, Hagen e Kibble ataram o nó dessa discussão num paper que retoma a discussão do primeiro artigo do Higgs e a põe em termos matemáticos mais claros no contexto do modelo já considerado por Englert, Brout e no segundo artigo de Higgs.

É honesto chamar de modelo de Higgs? Não sei, a história dos nomes das coisas quase nunca tem a ver com honestidade. Mas a realidade é que é muito tarde para mudar. Eu acho que o resto da história ninguém tem muita dúvida — Weinberg e Salam, em trabalhos independentes, usaram esse modelo para construir o modelo padrão das partículas/campos elementares e por isso foram agraciados com um outro prêmio Nobel. Para fechar, queria transcrever uma passagem interessante de um artigo chamado A phenomenological profile of the Higgs boson escrito por Ellis, Gaillard e Nanopoulos (Nuclear Physics B. Volume 106, 1976, Pages 292-340):

We should perhaps finish with an apology and a caution. We apologize to experimentalists for having no idea what is the mass of the Higgs boson, unlike the case with charm and not for being sure of its couplings to other particles, except that they are all very small. For these reasons we do not want to encourage big experimental searches for the Higgs boson, but we feel that people performing experiments vulnerable to the Higgs Boson should know how it may turn up.

A história pode ser bem cruel, não é verdade?

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Adivinha quem é…?

sábado, 1 out 2011; \39\UTC\UTC\k 39 Deixe um comentário

"3 Mosqueteiros"

Pra quem gosta de quebra-cabeças, e conhece os envolvidos na ‘descoberta’ do chamado Bóson de Higgs, fica essa dica do blog do Ian Sample: quem são esses personagens do livro Massive?

PS: Eu tenho mais dessas fotos… conforme os palpites forem aparecendo, eu ponho mais alguma(s). 😈

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