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Laboratório de Física de Partículas Elementares - LAPE UFRJ

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Brasil
Rio de Janeiro, RJ
Laboratório de Física de Partículas Elementares - LAPE UFRJ

Laboratório de Física de Partículas Elementares - Instituto de Física - UFRJ

18/11/2025

A tomada de dados de colisões próton-próton (pp) em 2025 chegou ao fim, agora, em novembro. Graças à dedicação e experiência dos membros da colaboração LHCb, foi possível atingir um marco de 11,8 /fb (femtobarn inverso: unidade de luminosidade integrada, que mensura o número de eventos de colisão de partículas por área de seção de choque). O primeiro gráfico mostra a quantidade de dados tomados por ano, sendo notório que em 2025 foi obtido um recorde! No total, o run 3 agora já acumula 22,56 /fb de dados (segundo gráfico). Ao mesmo tempo, o LHCb também completou a meta para o programa de colisões de alvo fixo, sendo o único experimento capaz de injetar gases no tubo de feixe do LHC através do sistema SMOG2. A terceira imagem mostra o histograma da luminosidade obtida este ano para diferentes alvos fixos, no período de circulação de feixe de prótons (pH2, pD2, pHe, pNe e pAr) e de circulação de feixes de Oxigênio e Neônio (OH2 e NeNe).

10/11/2025

O professor Vinícius Franco Lima e os alunos de pós-graduação Mariah Clara Pimentel e Alexandre Campos fizeram uma visita científica ao acelerador Sirius no CNPEM. Eles realizaram a coleta de dados em colaboração com o pesquisador Kazuyoshi Akiba do centro de pesquisa holandês Nikhef e com o grupo de desenvolvimento de detectores do Sirius. As medidas realizadas no laboratório permitirão o estudo da resposta de detectores de alta resolução temporal, LGADs (Low Gain Avalanche Diodes), que estão sendo avaliados para futuros detectores de partículas para utilização no LHC. Adicionalmente, o time da UFRJ/Nikhef/CNPEM também realizou medidas da performance do ASIC Timepix-4 sob o altíssimo fluxo de fótons provido pelo Sirius. O trabalho durou 4 dias no total, com 2 dias dedicados à tomada de dados na linha de luz EMA.

07/11/2025

Mais um episódio do nosso: TBT LAPE ⚛️

Quando se encontram, matéria e anti-matéria somem e viram energia!
Você sabia que anti-matéria é um ingrediente fundamental para tomografia por emissão de pósitrons, o PET? Quer saber mais?
Dá o play, salva pra rever e marca quem ama ciência! ✨

17/10/2025

TBT “CERN” ⚛️

Já pensou numa rede mundial de cientistas usando superímãs e detectores colossais para entender do que o Universo é feito? Esse é o CERN e o Brasil 🇧🇷 faz parte dessa história: desde 13/03/2024 somos País Membro Associado.

Dá o play, salva pra rever e marca quem ama ciência! 💙

17/09/2025

Em busca de uma nova física com o decaimento B0 →𝙆*𝞵+𝞵−

Semana passada, no LHCC open session e nessa semana em um seminário do CERN, a colaboração LHCb apresentou os resultados finais para a distribuição angular dos decaimentos B0 →𝙆*𝞵+𝞵−.

A análise desses decaimentos apresenta um método promissor para explorar os potenciais efeitos de partículas ainda não descobertas. No nível dos quarks, esse decaimento envolve a transição do quark b para o quark s junto com a produção de um par de múons (𝞵+𝞵−). Essas transições são sensíveis a contribuições virtuais de novas partículas, que podem ter massas que são inacessíveis a buscas diretas no LHC. Comparando medições precisas das propriedades do decaimento com previsões do Modelo Padrão (MP), possíveis indicações de novas partículas fundamentais ou interações podem ser descobertas.

A melhor sensibilidade a novas partículas veio do estudo da distribuição angular dos produtos do decaimento, nesse caso o káon e píon do decaimento do 𝙆* e o par de múons. Físicos do experimento LHCb estudaram diferentes observáveis angulares como função do quadrado da massa invariante, 𝑞2, do par de múons. Eles analisaram um conjunto de observáveis otimizados que reduzem incertezas teóricas que aparecem devido à física hadrônica envolvida na transição do méson B para um méson 𝙆*. Esses observáveis são, portanto, ideais para a pesquisa de novas partículas contribuindo para a amplitude do decaimento. Foi em um desses observáveis, o “P5’”, que apareceu um desvio local em um bin de 𝑞2 correspondente 5 a 3.7 desvios padrões com respeito às previsões do Modelo Padrão na amostra de dados de 2011, como apresentado na conferência EPSHEP de Stockholm em 2013. Análises subsequentes do LHCb com mais quantidade de dados confirmaram a tensão com as previsões do MP.

As imagens acima mostram a distribuição do observável P5’ assim como a assimetria frente-trás (𝐴𝐹𝐵). Os novos resultados obtidos com dados obtidos de 2011 a 2018 estão de acordo com medições anteriores dos experimentos LHCb e CMS e continuam a exibir um padrão de tensão com previsões do Modelo Padrão.

Veja mais em: lhcb-outreach.web.cern.ch/2025/09/12

12/09/2025

Hoje nós vamos começar a nossa nova série: TBT LAPE ⚛️

Nessa série você vai acompanhar de pertinho como funcionam os conceitos da física de partículas, nos posts e videos antigos do LAPE!

E na estreia da série vamos relembrar um assunto muito interessante:
“O que é a violação da simetria de CP?” 🔍

Existe um detalhe quase invisível na física que distingue matéria de antimatéria. ⚛️

Quer ver onde ele aparece e como mudou a história?
Dá um play no vídeo e vem descobrir esse mistério 👀

11/09/2025

Mésons Exóticos em Eventos Difrativos

No final da década de 40, acreditava-se que a física de partículas estava quase completa. A lista de partículas fundamentais (como eram chamadas até então) eram o próton, o nêutron, o elétron, o fóton, o píon, os múons e os neutrinos.

Em 1964, essa concepção mudou quando Gell-Mann e Zweig propuseram o modelo de quarks: 3 quarks formam os bárions (como o próton e o nêutron) e 1 quark + 1 antiquark formam os mésons (como o píon). O detalhe é que a teoria de Gell-Mann e Zweigh não proíbe combinações mais complexas e assim nasceu a busca pelos hádrons exóticos!

Atualmente, a existência dos hádrons exóticos é bem estabelecida, e o desafio mudou para a compreensão das propriedades dessas partículas. Um exemplo é o méson exótico X(4140), observado pelos experimentos D0, CDF, CMS e LHCb sempre decaindo nos mésons 𝐽/𝜓𝜙.

Na tese de Lucas Meyer Garcia, orientado pelo professor Murilo Rangel, uma análise com dados do Run 2 do LHC (2016–2018) revelou sinais claros não só do X(4140), mas também dos estados X(4274) e X(4500), com significâncias estatísticas de 4.1σ e 6.1σ, respectivamente.

O mais interessante é que o sinal foi observado em eventos difrativos, onde hádrons exóticos são produzidos em processos mediados por fótons ou pomerons. Na figura, após a seleção de eventos difrativos, observa-se nitidamente a presença desses estados exóticos.
Essa observação não apenas ajuda a distinguir entre diferentes interpretações teóricas sobre os hádrons exóticos, como também contribui para entendermos melhor a estrutura do próton e a natureza do Pomeron.

Os resultados foram publicados na prestigiosa revista Physical Review Letters (journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.031902) e apresentados pelo Lucas na conferência da Sociedade Europeia de Física de altas energias (2025).

04/09/2025

Procura por violação de CP no decaimento 𝐷+ → 𝐾−𝐾+π+

Um dos possíveis caminhos para se entender a assimetria entre matéria e antimatéria no universo está em um fenômeno conhecido como violação de CP. A violação de CP já foi amplamente observada experimentalmente em decaimentos de partículas contendo os quarks s ou b. No entanto, no caso de partículas com o quark c, a única observação experimental até hoje ocorreu apenas recentemente, em 2019, por meio dos decaimentos do méson D0 analisados no experimento LHCb (Large Hadron Collider beauty), funcionando no Grande Colisor de Hádrons (LHC), no CERN, Suíça. Agora no trabalho publicado no final de 2024, desenvolvido como parte da tese de doutorado de Felipe Luan Souza de Almeida, orientada pela professora Erica Polycarpo investigou-se detalhadamente o decaimento do méson D+ no estado final K-K+π+ e de sua antipartícula, o D-, no estado final K+K-π-. O objetivo era comparar as distribuições dos produtos de decaimento em busca de possíveis assimetrias que indicassem a violação de CP. O método proposto permitiu a busca mais precisa por violação de CP já realizada nesse tipo de decaimento, além de fornecer a medida mais precisa até hoje de observáveis de violação de CP em amplitudes intermediárias com ressonâncias vetoriais que contribuem para esses processos. Com isso, o trabalho impõe limites importantes às teorias que tentam explicar a violação de CP no setor dos quarks charm e ajuda a refinar nossa compreensão sobre a origem do desequilíbrio entre matéria e antimatéria no universo.

Os resultados foram publicados na prestigiosa revista Physical Review Letters: journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.251801

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