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 é projetado para buscar um evento extremamente raro em que o muônio, um sistema de curta duração composto por um múon positivo ligado a um elétron, se transforma espontaneamente em antimuônio, sua contraparte de antimatéria. A observação desse processo violaria uma regra fundamental da física de partículas chamada conservação do sabor do lépton, que é uma parte chave do Modelo Padrão, e forneceria evidências diretas para uma física além das teorias existentes.
“A conversão de muônio em antimuônio representa uma sonda limpa e única da nova física no setor leptônico,” explica a equipe de pesquisa. “Ao contrário de outros processos de violação do sabor de léptons carregados, essa conversão é sensível a modelos de ∆Lℓ = 2 que são fundamentalmente distintos e podem revelar física inacessível a outros experimentos.”
Empurrando a Sensibilidade Experimental para Novos Limites
A restrição experimental mais recente sobre a conversão de muônio em antimuônio foi estabelecida em 1999 no Instituto Paul Scherrer na Suíça. O MACE visa 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). Para alcançar esse nível, são necessários 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 design integra tecnologia avançada de feixe, alvo de produção de muônio e tecnologia de detecção para isolar o sinal de fundos formidáveis,” afirma a equipe. “Isso torna o MACE um dos experimentos de baixa energia mais sensíveis em busca de violação do sabor de léptons.”
O Que uma Descoberta Poderia Revelar
Se o experimento tiver sucesso, poderá permitir que os cientistas explorem nova física em escalas de energia variando de 10 a 100 TeV, um nível que rivaliza ou até supera o que futuros colididores de partículas estão previstos para alcançar. O MACE também está planejado para operar em uma fase inicial de Fase I, durante a qual investigará outros processos de decaimento de muônio excepcionalmente raros e eventos de violação do sabor de léptons, incluindo M→γγ e μ→eγγ, com sensibilidade recorde.
O impacto do MACE se estende além da física fundamental. Tecnologias desenvolvidas para o experimento, como alvos avançados de produção de muônio, sistemas de transporte de pósitron de baixa energia e detectores de alta resolução, também podem encontrar aplicações em campos como ciência dos materiais e pesquisa médica.
Fortalecendo Esforços Globais em Física de Partículas
O MACE é parte de um empurrão científico maior centrado nas principais instalações de pesquisa de Huizhou, incluindo a Instalação de Acelerador de Íons Pesados de Alta Intensidade (HIAF) e o Sistema Baseado em Acelerador da Iniciativa Chinesa (CiADS). Juntos, esses projetos visam estabelecer a China como um líder global em física nuclear e de partículas de alta precisão. Ao aproveitar essas instalações avançadas, o MACE demonstra como a pesquisa básica pode impulsionar tanto o progresso tecnológico quanto 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 feixe até o software — foi otimizado para explorar a física que poderia redefinir nossa compreensão da matéria, simetria e do próprio universo.”