Pistas sobre o puzzle dos muões
"Resultados da colaboração Pierre Auger fornecem, pela primeira vez, uma indicação experimental da origem do puzzle dos muões nos raios cósmicos de muito alta energia. O trabalho, desenvolvido pelo grupo do LIP, acaba de ser publicado na prestigiada revista Physical Review Letters "
As interações de raios cósmicos na atmosfera da Terra produzem cascatas de partículas, entre elas muões. No caso dos raios cósmicos de energia mais alta, o número médio de muões produzidos excede as previsões dos melhores modelos que temos para simular tais processos. Este facto tornou-se conhecido como “puzzle dos muões”. A colaboração Pierre Auger acaba de publicar resultados que, pela primeira vez, fornecem uma indicação experimental da origem do puzzle dos muões. A análise e a interpretação dos dados foram desenvolvidas pelo grupo do LIP em Auger e estão na edição de Abril da conceituada revista Physical Review Letters [1].
Os resultados mostram que, enquanto o número médio de muões não corresponde às previsões, as flutuações em torno desse número (agora medidas pela primeira vez) são bem descritas pelos modelos. Os muões são produzidos ao longo das cascatas, pelo que o seu número médio ao nível do chão depende dos detalhes da cadeia de interações na atmosfera. Pelo contrario, as flutuações dependem essencialmente das primeiras interacções (de alta energia) do início da cascata, como foi demonstrado num trabalho fenomenológico também publicado por membros do grupo Auger-LIP [2].
A combinação destes resultados é compatível com a ideia de que o déficit de muões resulta de pequenos desvios nas previsões dos modelos de interacção hadrónica e produção de partículas, que se acumulam no desenvolvimento da cascata. Esta é a primeira indicação experimental de que a origem da discrepância não está nas interações de maior energia, mas no acumular de pequenas discrepâncias ao longo das cascatas.
Os actuais modelos de interacções hadrónicas a alta energia foram ajustados usando dados do LHC. Se a diferença no número de muões tivesse origem nas primeiras interações da cascata, que acontecem a energias muito mais altas que as do LHC, poderia estar em causa uma mudança na natureza destas interacções com o aumento da energia. Pelo contrário, o novo resultado implica que a natureza das interacções hadrónicas não muda significativamente, restringindo cenários exóticos e reduzindo as incertezas associadas à descrição destas interacções.
Também implica que, a longo prazo, a resolução do problema dos muões passa por uma descrição precisa a produção de partículas numa ampla gama de energias ao alcance dos aceleradores actuais, para reduzir as incertezas associada às interacções hadrónicas. Este é um passo fundamental para separar o efeito da descrição das interações hadrónicas do efeito da composição dos raios cósmicos, permitindo uma interpretação sólida das medições da cascata em termos da composição dos raios cósmicos de muito alta energia.
[1] Physical Review Letters 126 1520002 (2021)
[2] Physics Letters B 784 (2018) 68-76
