Jacob Hoover
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Todos nós conhecemos e amamos o bóson de Higgs - que para o desgosto dos físicos foi erroneamente rotulado na mídia como a "partícula de Deus" - uma partícula subatômica vista pela primeira vez no Grande Colisor de Hádrons (LHC) em 2012. Essa partícula é uma peça de um campo que permeia todo o espaço-tempo; ele interage com muitas partículas, como elétrons e quarks, fornecendo massa a essas partículas, o que é muito legal.
Mas o Higgs que vimos era surpreendentemente leve. De acordo com nossas melhores estimativas, deveria ser muito mais pesado. Isso abre uma questão interessante: claro, nós avistamos um bóson de Higgs, mas era o único bóson de Higgs? Há mais pessoas flutuando por aí fazendo suas próprias coisas?
Embora ainda não tenhamos nenhuma evidência de um Higgs mais pesado, uma equipe de pesquisadores baseada no LHC, o maior destruidor de átomos do mundo, está investigando essa questão enquanto falamos. E há rumores de que, à medida que os prótons são esmagados dentro do colisor em forma de anel, as partículas pesadas de Higgs e até mesmo de Higgs compostas de vários tipos de Higgs podem sair do esconderijo. [Além de Higgs: 5 partículas elusivas que podem se esconder no universo]
Se o Higgs pesado realmente existe, então precisamos reconfigurar nossa compreensão do Modelo Padrão da física de partículas com a recém-descoberta percepção de que há muito mais no Higgs do que aparenta. E dentro dessas interações complexas, pode haver uma pista para tudo, desde a massa da partícula de neutrino espectral até o destino final do universo.
Tudo sobre o bóson
Sem o bóson de Higgs, praticamente todo o Modelo Padrão desmorona. Mas para falar sobre o bóson de Higgs, primeiro precisamos entender como o Modelo Padrão vê o universo.
Em nossa melhor concepção do mundo subatômico usando o Modelo Padrão, o que pensamos como partículas não são realmente muito importantes. Em vez disso, existem campos. Esses campos permeiam e absorvem todo o espaço e tempo. Existe um campo para cada tipo de partícula. Portanto, existe um campo para elétrons, um campo para fótons e assim por diante. O que você pensa como partículas são, na verdade, pequenas vibrações locais em seus campos particulares. E quando as partículas interagem (por exemplo, ricocheteando umas nas outras), são realmente as vibrações nos campos que estão fazendo uma dança muito complicada. [Os 12 objetos mais estranhos do universo]
O bóson de Higgs possui um tipo especial de campo. Como os outros campos, ele permeia todo o espaço e tempo, e também pode falar e brincar com os campos de outras pessoas.
Mas o campo de Higgs tem dois trabalhos muito importantes a fazer que não podem ser realizados por nenhum outro campo.
Sua primeira tarefa é conversar com os bósons W e Z (por meio de seus respectivos campos), os portadores da força nuclear fraca. Ao falar com esses outros bósons, o Higgs consegue dar-lhes massa e garantir que fiquem separados dos fótons, os portadores da força eletromagnética. Sem a interferência do bóson de Higgs, todos esses portadores seriam fundidos e essas duas forças se fundiriam..
A outra função do bóson de Higgs é conversar com outras partículas, como elétrons; através dessas conversas, também lhes dá massa. Isso tudo funciona muito bem, porque não temos outra maneira de explicar as massas dessas partículas.
Leve e pesado
Tudo isso foi resolvido na década de 1960 por meio de uma série de matemática complicada, mas certamente elegante, mas há apenas um pequeno obstáculo na teoria: não há uma maneira real de prever a massa exata do bóson de Higgs. Em outras palavras, quando você procura a partícula (que é a pequena vibração local de um campo muito maior) em um colisor de partículas, você não sabe exatamente o que e onde irá encontrá-la. [As 11 mais belas equações matemáticas]
Em 2012, cientistas do LHC anunciaram a descoberta do bóson de Higgs depois de descobrir que algumas das partículas que representam o campo de Higgs foram produzidas quando os prótons se chocaram uns com os outros perto da velocidade da luz. Essas partículas tinham uma massa de 125 gigaeletronvolts (GeV), ou o equivalente a 125 prótons - então é meio pesado, mas não incrivelmente grande.
À primeira vista, tudo isso parece bem. Os físicos não tinham realmente uma previsão firme para a massa do bóson de Higgs, então poderia ser o que quisesse; Acontece que encontramos a massa dentro da faixa de energia do LHC. Abra o espumante e vamos começar a comemorar.
Exceto que existem algumas previsões hesitantes, meio que meio-predições, sobre a massa do bóson de Higgs, com base na maneira como ele interage com outra partícula, o quark top. Esses cálculos prevêem um número muito superior a 125 GeV. Pode ser que essas previsões estejam erradas, mas então temos que voltar à matemática e descobrir onde as coisas estão indo mal. Ou a incompatibilidade entre as previsões gerais e a realidade do que foi encontrado dentro do LHC pode significar que há mais na história do bóson de Higgs.
Huge Higgs
Pode muito bem haver uma grande quantidade de bósons de Higgs por aí que são pesados demais para serem vistos com a nossa atual geração de compactadores de partículas. (A coisa massa-energia remonta à famosa equação E = mc ^ 2 de Einstein, que mostra que energia é massa e massa é energia. Quanto maior a massa de uma partícula, mais energia ela tem e mais energia é necessária para criar aquele coisa.)
Na verdade, algumas teorias especulativas que empurram nosso conhecimento da física para além do Modelo Padrão prevêem a existência desses bósons de Higgs pesados. A natureza exata desses caracteres de Higgs adicionais depende da teoria, é claro, variando de simplesmente um ou dois campos de Higgs extrapesados até estruturas compostas feitas de vários tipos diferentes de bósons de Higgs grudados..
Os teóricos estão trabalhando arduamente tentando encontrar qualquer maneira possível de testar essas teorias, uma vez que a maioria delas é simplesmente inacessível aos experimentos atuais. Em um artigo recente submetido ao Journal of High Energy Physics, e publicado online no jornal pré-impresso arXiv, uma equipe de físicos avançou uma proposta para pesquisar a existência de mais bósons de Higgs, com base na maneira peculiar como as partículas podem decair em partículas mais leves e mais facilmente reconhecíveis, como elétrons, neutrinos e fótons. No entanto, esses decaimentos são extremamente raros, de modo que, embora possamos, em princípio, encontrá-los com o LHC, serão necessários muitos mais anos de pesquisa para coletar dados suficientes.
Quando se trata de Higgs pesado, vamos ter que ser pacientes.
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Originalmente publicado em .