Cientistas estão em busca de uma transformação proibida de antimatéria

Uma equipe internacional liderada por cientistas da Universidade Sun Yat-sen e do Instituto de Física Moderna da Academia Chinesa de Ciências lançou um experimento ambicioso conhecido como MACE. O projeto foi concebido para procurar um evento extremamente raro em que o muônio, um sistema de vida curta feito de um múon positivo ligado a um elétron, se transforma espontaneamente em antimuônio, sua contraparte de antimatéria. Observar tal processo quebraria uma regra fundamental da física de partículas chamada conservação do sabor leptônico, que é uma parte fundamental do Modelo Padrão, e forneceria evidências diretas para a física além das teorias existentes.

“A conversão de muônio em antimuônio representa uma investigação limpa e única da nova física no setor leptônico”, explica a equipe de pesquisa. "Ao contrário de outros processos de violação do sabor do leptão carregado, esta conversão é sensível a modelos ∆Lℓ = 2 que são fundamentalmente distintos e podem revelar física inacessível a outros experimentos."

A restrição experimental mais recente sobre a conversão de muônio em antimuônio foi estabelecida em 1999 no Instituto Paul Scherrer, na Suíça. O MACE pretende ir muito além desse resultado, melhorando a sensibilidade em mais de cem vezes, com o objetivo de detectar probabilidades de conversão tão pequenas quanto O(10-13). Alcançar este nível requer avanços em todo o sistema experimental, incluindo um poderoso feixe de múons de superfície, um alvo de aerogel de sílica recém-desenvolvido e detectores capazes de medições extremamente precisas.

“Nosso projeto integra feixe avançado, alvo de produção de muônio e tecnologia de detector para isolar o sinal de fundos formidáveis”, diz a equipe. "Isso faz do MACE um dos experimentos de baixa energia mais sensíveis em busca de violação do sabor do leptão."

Se a experiência for bem-sucedida, poderá permitir aos cientistas explorar novas físicas em escalas de energia que variam de 10 a 100 TeV, um nível que rivaliza ou até ultrapassa o que se espera que os futuros colisores de partículas alcancem. O MACE também está planejado para operar em um estágio inicial de Fase I, durante o qual investigará outros processos excepcionalmente raros de decaimento de muônio e eventos de violação do sabor do lepton, incluindo M→γγ e μ→eγγ, com sensibilidade recorde.

O impacto do MACE vai além da física fundamental. As tecnologias desenvolvidas para o experimento, como alvos avançados de produção de muônio, sistemas de transporte de pósitrons de baixa energia e detectores de alta resolução, também podem encontrar uso em campos como ciência de materiais e pesquisa médica.

O MACE faz parte de um impulso científico maior centrado nas principais instalações de pesquisa de Huizhou, incluindo o Accelerator Facility de íons pesados ​​de alta intensidade (HIAF) e a iniciativa chinesa Accelerator Driven System (CiADS). Juntos, esses projetos visam estabelecer a China como líder global em física nuclear e de partículas de alta precisão. Ao aproveitar estas instalações avançadas, o MACE demonstra como a investigação básica pode alimentar tanto o progresso tecnológico como a colaboração internacional.

“Não estamos apenas construindo um experimento; estamos abrindo uma nova janela para as leis da natureza”, observa a equipe. "Cada componente do MACE - desde a linha de luz até o software - foi otimizado para explorar a física que poderia redefinir nossa compreensão da matéria, da simetria e do próprio universo."

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