EM BUSCA DA “PARTÍCULA DE DEUS”

Modelo de produção esperado para os bósons na colisão de prótons

Um grande desafio ainda hoje é entender a natureza “atômica” da gravitação. Uma forma de unir o mundo microscópico e o macroscópico. Mas entender como o universo formou-se e mantém-se unido vai mais além do que a gravitação. Saber que houve o Big Bang é uma coisa, entender como a matéria se formou a partir dele exige muito mais formulações do que se imagina. Eis aqui o cerne da questão: encontrar a partícula primordial da Criação, o que os cientistas chamam a “partícula de Deus.” Uma das teorias mais aceitas sobre o universo - a do Modelo Padrão, tenta explicar como as partículas obtiveram massa.

Segundo essa teoria, o universo foi resfriado após o Big Bang, quando uma força invisível, a partir do Campo de Higgs, formou-se junto de partículas associadas, os Bósons de Higgs, transferindo massa para outras partículas fundamentais.

Um pouco sobre interações

Todas as forças que se observam na natureza podem ser explicadas em termos de quatro interações fundamentais que ocorrem entre as partículas elementares:

1.         A força gravitacional;

2.         A força eletromagnética;

3.         A força nuclear forte (também chamada força hadrônica);

4.         A força nuclear fraca.

A gravitação é uma das quatro interações básicas da natureza. Embora tenha importância desprezível nas interações das partículas elementares, a gravitação tem significado primordial nas interações de corpos de grandes dimensões. É a gravitação que nos mantém na Terra e que mantém a Terra e os outros planetas no sistema solar. Seu papel é importante no desenvolvimento das estrelas e no comportamento das galáxias. Num certo sentido, é a gravidade que mantém o universo unido.

M16 - A ─ Fonte: NASA

Em meados dos anos 1960, um grupo de cientistas desenvolveu uma teoria que previa a existência de um campo especial. Este campo seria responsável pelas propriedades de massa e energia do universo. O campo de Higgs, como ficou conhecido, atuou como uma força moderadora, que impediu que o Universo se “espalhasse” de modo brusco. Ou seja, ele funcionou como uma grande piscina cósmica onde as partículas sofreram uma forma de resistência e adquiriram massa ao atravessá-lo. É basicamente este campo que explica a presença da massa no universo.

A importância da massa

Classicamente, a massa é responsável por manter o universo unido, pois as massas atraem-se mutuamente. É a propriedade que observamos nas partículas e o que entendemos como matéria. O inglês Isaac Newton (1642 ─ 1727) entendia a massa como uma constante, que surgia devido à quantidade de movimento. O químico francês Antoine Lavoisier (1743 ─ 1794) também verificou a constância da massa em diversas reações químicas. A massa é também a medida da inércia, ou seja, a resistência que a matéria impõe a qualquer força que tenta mudar seu estado de repouso ou movimento.

Na Relatividade Geral, a massa e a energia se confundem como uma propriedade única ou dual. A massa cria uma distorção no espaço-tempo a ponto de encurvá-lo e essa curvatura atua como um atrator. Desta forma, a concepção de Lavoisier e Newton é incorreta no mundo relativístico, pois a massa não é constante, nesse caso.

 

A Relatividade Geral é uma geometrização do espaço-tempo. 

Imagine o espaço como uma cama elástica e as esferas como os corpos 

celestes que deformam esta estrutura. A deformação ocorre mais intensamente 

nas periferias do corpo e a atração gravitacional ocorre por causa desta distorção.  

                                               © Karl Dolenc / iStockphoto

Os cientistas sabem hoje que a massa do universo observável é mínima e não poderia sustentar as galáxias e os aglomerados. A interação responsável seria devido à matéria escura, presente em mais de 90% do que observamos. Mas isto já é outra história e ficará para um artigo posterior.

A Teoria do Modelo Padrão não é completa, pois não inclui a matéria escura e nem a gravidade, por incrível que pareça. No entanto, entender como as partículas adquirem massa seria um passo muito grande na compreensão da gênese universal. Aliás, o surgimento de massa no universo ainda não é entendido completamente. Mas a compreensão do campo de Higgs pode solucionar esse mistério.  

Como detectar a partícula?

Antes de tudo, é preciso entender que a Teoria do Modelo Padrão faz uma previsão sobre a existência do bóson. A detecção é algo que a Física Experimental precisa verificar. Parece estranho? Pois é... mas é desta maneira que modelos são validados. Existe uma diferença substancial entre Física Teórica e Física Experimental, embora ambas se complementem. De fato, teorias devem ser testadas, para que os resultados possam validar ou não as previsões teóricas. Tal procedimento se aplica a qualquer ramo do conhecimento. É aqui que se encontra o 'coração' do chamado Método Científico.

Cientista diante de um dos setores do colisor de partículas - CERN

Hoje dispomos de ferramentas sofisticadas de detecção que são os grandes colisores. Partículas são levadas a velocidades relativísticas e ao colidirem revelam partículas mais elementares ainda. Cada partícula é determinada por suas características e mesmo pela forma da sua trajetória. Outro fator é a meia-vida de cada partícula, sendo que algumas podem durar apenas bilionésimos de segundos. Estes são alguns métodos para se encontrar o bóson.    

    

 Evidências do bóson

 Todas as outras partículas subatômicas que haviam sido previstas teoricamente já foram detectadas em experimentos. Só falta o bóson de Higgs. Além das dificuldades experimentais, não há um caminho direto para encontrá-lo. Como o modelo padrão não prediz uma massa exata para o Higgs, os físicos têm de usar os aceleradores de partículas para sistematicamente procurá-lo através de uma gama de métodos.

 

A detecção de Higgs é um verdadeiro desafio [se é que ela existe]. Teoricamente, o bóson de Higgs é uma partícula muito instável e facilmente se decompõe em partículas mais estáveis. Existe uma chance estatística muito mínima de detecção e mesmo as medições mais acuradas sofrem flutuações estatísticas que podem ser resultados de erros e não podem ser confundidos com o Higgs.

Consequências da descoberta

Descobrir a 'partícula de Deus' na verdade não nos tornará deuses (lógico!), nem teremos o poder da criação nas mãos. Apenas vamos ter uma concepção mais consistente da estrutura “genética” do cosmos. Ela iria complementar e quem sabe preencher algumas lacunas em outras teorias cosmológicas. Deste modo, o bóson seria como o DNA o é para a Biologia.

 

NGC 6397 - Fonte: NASA

A detecção do bóson apenas confirmaria o modelo no qual os físicos vem trabalhando há 40 anos. Não haverá aplicações tecnológicas com sua detecção, mas apenas uma maior compreensão do cosmos. Se não for detectada, a Teoria do Modelo Padrão deve ser reformulada. Embora se pudesse explicar como as partículas adquirem massa, um desafio posterior seria explicar porque cada partícula adquire uma massa específica, quantificada. 

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Caso queira saber um pouco mais, veja os links abaixo:

Info Exame 
BBC BRASIL 
Sobre Peter Higgs