A colaboração LHCb da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN) observou, pela primeira vez, a assimetria de matéria-antimatéria conhecida como violação da simetria carga-paridade (CP) em mésons D⁰, partículas compostas por um quark charm e antiquark up. A descoberta, apresentada na conferência anual Rencontres de Moriond, é a primeira evidência dessa assimetria em uma partícula composta por um quark charm. Até hoje, a violação de CP havia sido observada apenas em partículas que continham um quark strange ou um quark bottom. Estes resultados, portanto, adicionam novos elementos à busca por fontes e manifestações adicionais de violação de CP.

“O resultado é um marco na história da física de partículas”, disse Eckhard Elsen, Diretor de Pesquisa e Computação do CERN. “Desde a descoberta do méson D há mais de 40 anos, os físicos de partículas suspeitam que a violação de CP também ocorra neste sistema, mas foi apenas agora, analisando a amostra de dados completa coletada pelo experimento, que a colaboração LHCb finalmente foi capaz de observar o efeito”.

O termo CP se refere à transformação de uma partícula na imagem espelhada de sua antipartícula. As interações fracas do Modelo Padrão da física de partículas são conhecidas por induzir uma diferença no comportamento de algumas partículas e de suas contrapartes CP, uma assimetria conhecida como violação de CP.

A violação de CP é uma característica essencial do nosso universo. Devido a ela, observamos hoje uma quantidade muito maior de matéria do que de antimatéria. A magnitude da violação de CP observada até o momento, no entanto, é muito pequena para explicar o atual desequilíbrio entre matéria e antimatéria. Este resultado sugere a existência de fontes adicionais, ainda desconhecidas, de violação de CP.

O efeito foi observado pela primeira vez na década de 1960 no Laboratório Brookhaven, nos Estados Unidos, em mésons K neutros, que contêm um quark strange. Em 2001, experimentos no laboratório SLAC (Estados Unidos) e no laboratório KEK (Japão) também observaram o fenômeno em mésons B neutros, que contêm um quark bottom. Essas descobertas levaram os pesquisadores envolvidos a dois prêmios Nobel em física, um em 1980 e outro em 2008.

Para observar o novo caso de assimetria CP, os pesquisadores do LHCb usaram o conjunto completo de dados fornecidos pelo Large Hadron Collider (LHC) ao experimento LHCb entre 2011 e 2018. Eles procuraram por decaimentos do méson D⁰ e de sua antipartícula, o anti-D⁰, em káons ou píons.

“Procurar por esses dois produtos de decaimento em nossa amostra de partículas D⁰ nos forneceu a quantidade de dados necessária para medir a pequena violação de CP esperada para tais decaimentos”, explicou Giovanni Passaleva, porta-voz da colaboração do LHCb. “Medir a extensão da violação resumiu-se, então, a contar os mésons D⁰, anti-D⁰ e calcular a diferença”.

O resultado tem uma significância estatística de 5,3 desvios-padrão, o que ultrapassa o limiar de 5 desvios-padrão utilizados pelos físicos de partículas para declarar uma descoberta. As observações confirmaram o padrão de violação de CP descrito no Modelo Padrão pela chamada matriz de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM), que explica como quarks de diferentes tipos se transformam uns nos outros através de interações fracas. A medida deverá estimular novos trabalhos teóricos e abrirá janelas para a busca de possíveis novas fontes de violação de CP usando partículas que contêm quarks charm.

Para mais informações, acesse o site do LHCb.