Experimento com múons faz sua parte, mas teoria muda e destrói esperança de Nova Física

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/06/2025

Anomalia magnética do múon

Há muito se sonha com uma Nova Física, que possa tapar os buracos do Modelo Padrão, que hoje explica todas as partículas e forças conhecidas, mas está longe de explicar toda a natureza.

As esperanças se reacenderam em 2021, quando um experimento com múons mostrou resultados diferentes dos previstos pela teoria.

O experimento Múon g-2 (lê-se múon gê menos dois), sediado no Acelerador Fermi (Fermilab), nos EUA, continuou então a melhorar os resultados, até que, em 2023, confirmou a possibilidade da existência de uma quinta força da natureza.

Agora o Múon g-2 publicou seus resultados finais sobre a chamada “anomalia magnética do múon”, os mais precisos já obtidos até hoje, confirmando suas duas rodadas anteriores. Este terceiro e último resultado, baseado nos últimos três anos de dados, está em perfeito acordo com os resultados anteriores do experimento, consolidando ainda mais a média experimental.

Contudo, tudo mudou, e agora o resultado não é mais uma demonstração firme de que há uma Nova Física esperando para ser descoberta. O que aconteceu? Simples: A previsão teórica mudou.

O resultado final da colaboração Múon g-2 está em perfeita concordância com os resultados anteriores, mas a previsão teórica mudou.
[Imagem: Muon g-2 collaboration]

Teoria mais precisa

Quando os primeiros resultados do Múon g-2 vieram a público, em 2021, os físicos teóricos rapidamente formaram sua própria colaboração, chamada Iniciativa Teórica Múon g-2, para checar e melhorar o cálculo teórico.

Logo de início, a Iniciativa Teórica melhorou os cálculos, alcançando uma maior precisão usando o Modelo Padrão, com base em uma técnica que utiliza dados de entrada de outros experimentos. Nos anos seguintes eles foram além, chegando a uma nova previsão teórica com base em uma técnica computacional, o que já colocara o número mais próximo da medição experimental.

Então, na semana passada, exatamente uma semana antes do anúncio do resultado final do Múon g-2, feito agora, a equipe teórica publicou um novo cálculo ainda mais refinado, combinando os resultados de vários grupos que utilizaram a nova técnica computacional. E este novo resultado ficou ainda mais próximo da medição experimental anunciada agora, diminuindo a possibilidade de novas forças em ação.

De qualquer modo, não houve ainda uma coincidência precisa. Assim, ainda que o esforço experimental tenha chegado ao fim, a equipe teórica afirma que continuará trabalhando em busca de explicações para a diferença ainda existente. Ou, quem sabe, eles encontrem erros em seus cálculos anteriores, e o sonho da Nova Física reacenda-se novamente.

O múon gira como um pião, transformando-se em um pequeno ímã cercado por um campo magnético. Ele segue uma trajetória ao longo da qual interage com o ímã do experimento Múon g-2, bem como com partículas virtuais do vácuo quântico. Assim, ele polariza o vácuo, levando à modificação de seu momento magnético.
[Imagem: Dani Zemba/Pennsylvania State University]

O que está em jogo?

Os múons são partículas fundamentais semelhantes aos elétrons, mas cerca de 200 vezes mais massivas. Como os elétrons, os múons têm um minúsculo ímã interno que, na presença de um campo magnético, oscila como o eixo de um pião – os físicos chamam esse giro de precessão. A velocidade da precessão em um determinado campo magnético depende do momento magnético do múon, tipicamente representado pela letra g; no nível mais simples, a teoria prevê que g deve ser igual a 2.

A diferença de g em relação a esse 2 – daí vem o tal g menos 2 – pode ser atribuída às interações do múon com partículas ou interferências quânticas que o afetam. São partículas virtuais, que surgem e desaparecem o tempo todo e, como “parceiros de dança” subatômicos, agarram a “mão” do múon e mudam a maneira como o múon interage com o campo magnético. O Modelo Padrão incorpora todas as partículas conhecidas de “parceiros de dança” e prevê que essa “espuma quântica” muda o valor de g.

O que está em questão é justamente se o valor de g previsto pela teoria bate com os dados observacionais quando se leva em conta todas as partículas e forças conhecidas. Não bateu de todo, mas a teoria também está constantemente sendo atualizada.

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