De acordo com reportagem do dia 25 no site oficial da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN), em um estudo mais recente, a equipe de colaboração ATLAS no Grande Colisor de Hádrons (LHC) usou o bóson Z, um portador eletricamente neutro da força fraca, para determinar a intensidade da força forte com precisão recorde (incerteza inferior a 1%). Artigos relevantes foram submetidos à revista Nature Physics.
O Modelo Padrão da física de partículas afirma que existem quatro forças fundamentais na natureza: a força forte, a força eletromagnética, a força fraca e a gravidade, das quais a força forte que liga os quarks em prótons, nêutrons e núcleos atômicos é a mais forte. A força forte é transportada pelos glúons e sua força é chamada de constante de acoplamento forte. Embora a compreensão dos cientistas sobre a constante de acoplamento forte tenha melhorado ao longo de muitos anos de medições e desenvolvimento teórico, a incerteza no seu valor ainda é várias ordens de grandeza maior do que a dos seus outros "companheiros".
Stefano Camarda, físico do CERN e membro da equipa de análise, destacou que a intensidade da força forte é um parâmetro chave do modelo padrão, mas a sua precisão é atualmente de apenas alguns por cento, enquanto a força eletromagnética, que é 15 vezes mais fraca que a força forte, tem uma precisão de uma parte por bilhão.
A fim de melhorar a precisão da medição da força de força forte, a equipe de colaboração ATLAS estudou o bóson Z produzido pela colisão próton-próton no LHC com uma energia de colisão de 8 teraelétron-volts (TeV). O bóson A Z é normalmente produzido quando dois quarks em prótons em colisão se aniquilam. Neste processo, a força forte atua através dos glúons irradiados do quark aniquilador. Esta radiação dá ao bóson Z um momento transversal, cuja magnitude depende da forte constante de acoplamento. Medindo com precisão a distribuição do momento transversal do bóson Z e comparando-o com valores teóricos, a forte constante de acoplamento pode ser determinada.
Na análise mais recente, a equipe de pesquisa determinou com precisão que a forte constante de acoplamento na escala de massa do bóson Z era 0,1183±0,0009. A incerteza relativa deste resultado é de apenas 0,8%, que é a medição mais precisa da resistência forte em um único experimento até o momento.
A equipe de pesquisa apontou que medições mais precisas de constantes de acoplamento fortes são de grande importância: primeiro, podem melhorar a precisão dos cálculos teóricos dos processos de partículas relacionados à força forte; segundo, pode ajudar a resolver alguns mistérios importantes não resolvidos. Por exemplo, em energias extremamente altas, se todas as forças fundamentais têm a mesma força, e inferir se têm uma fonte potencial comum, e se existem interações desconhecidas que podem alterar a força forte em certos processos ou em energias específicas, etc.