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Parece um enorme portal, mas o LHC pode ser mais um beco-sem-saída dimensional.

Depois de ter sido nocauteado por uma simples migalha de pão, era de se esperar que o bilionário LHC tivesse encontrado ao menos alguma sombra de evidência de dimensões desconhecidas. Agora, em dois artigos publicados na Physical Review Letters, os responsáveis pelo detector CMS do LHC admitem que o gigantesco acelerador situado na fonteira franco-suíça pode não servir como portal.

Embora tudo esteja indo muito bem com o LHC e o pessoal do CMS ainda tenha uma montanha de dados para analisar, eles parecem já ter jogado a toalha. Para desanimar ainda mais, o detector D0 do Tevatron — que já foi desativado pelos americanos —, no Fermilab, também não conseguiu encontrar nenhuma pista dimensional.

Pacotinhos de ondas

As duas equipes de pesquisadores buscavam o mesmo tipo de sinal de dimensões extras através da natureza ondulatória das partículas. No reino subatômico, cada partícula também pode agir como onda. Esse aspecto odulatório é confinado em um “pacote de ondas” (wavepacket em inglês) mantido pela massa da partícula em uma região ao redor dela.

Quando uma partícula é confinada em uma caixinha muito pequenininha, com dimensões muito próximas do tamanho do pacote de ondas, haverá interferência nas reflexões das ondas nas superfícies da caixinha. Esse padrão de interferência indica que a partícula só poderá ser encontrada em certos lugares e com certas energias.

Só que se houver dimensões extras escondidas “lá embaixo”, os pacotes de ondas poderiam se extender dentro delas, mais ou menos como se fosse uma infiltração. E se uma dimensão estiver dobrada sobre si mesma, ela vai funcionar mais ou menos como uma caixa: qualquer pacote de ondas que seja mais longo que a tal dimensão também vai interferir consigo mesmo.

Dimensões pequenas demais

O problema é que há uma discrepância muito grande entre essas minúsculas dimensões possíveis e as três dimensões que conhecemos tão bem. As três dimensões espaciais são muitíssimo maiores que qualquer pacote de ondas e não se parecem nada com uma caixa. Assim, as três dimensões permitem a criação (e a existência) de partículas com qualquer massa e não apenas com as massas e energias determinadas pela interferência construtiva entre ondas subatômicas.

Na prática, o que os detectores D0 e CMS estavam tentando era ouvir um minúsculo bip! feito pela produção de massas discretas diante de um ambiente enorme e liso. É mais ou menos como tentar ouvir o barulho de um floco de neve caindo (ou ver a deformação criada por isso) no meio de um deserto de neve como a Antártica (ou, se preferir, Antártida). A diferença entre o floco de neve e a escala continental do ambiente que o cerca torna isso praticamente impossível.

Não dá pra usar uma lente de aumento

Pelo visto não é possível nem tentar amplificar o sinal. Quanto mais a massa de uma partícula cresce, menor é o comprimento de seu pacote de ondas. Assim, partículas maiores (e com mais energia) restringem ainda mais o tamanho das dimensões possíveis, se houver.

Nem o CMS nem o D0 encontraram nada chocando partículas na tentativa de encontrar partículas menores (e, consequentemente, pacotes de ondas maiores). Tudo o que foi encontrado até agora  indica que não há dimensão alguma entre o intervalo de 260 GeV no caso de DO e, dependendo do caso, entre 2,3 e 3,8 TeV no CMS. Como isso é o máximo de energia possível com a tecnologia atual, começam a surgir dúvidas sobre a relação entre a produção de partículas e dimensões extras. Também pode haver interferências vindas da física desconhecida das dimensões escondidas.

Mesmo que no momento, por vários fatores — energéticos, econômicos e técnicos —, não possamos continuar testando a hipótese da existência de outras dimensões, as descobertas do LHC e do Tevatron podem ser úteis. Assim como é mais fácil achar agulhas em um palheiro menor, ao procurar em um campo de busca (ainda) mais restrito poderá ser mais fácil encontrar dimensões desconhecidas.

Referências

Physical Review Letters, 2012, DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.111801
Physical Review Letters, 2012, DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.131802

[via ars technica]

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