LHC observa um novo tipo de “morte” do bóson de Higgs: a partícula de Deus

Quarks são coisinhas engraçadas. E não é só por causa do nome – tirado de uma frase do romance Finnegan’s Wake, de James Joyce.

Para começo de conversa, você é feito deles. Com três quarks, forma-se um próton ou nêutron. Eles, por sua vez, formam átomos. Que formam moléculas. Que formam tudo que existe: humanos, elefantes, mesas de jantar, Plutão e a galáxia de Andrômeda, só para enumerar uma breve lista.

Embora os quarks formem um bocado de coisas – no caso, tudo que existe –, eles não são formados por nada. Não há como montar um quark a partir de dois componentes menores. Ele é o que a física chama de partícula elementar, isto é: a menor coisa que pode existir.

Há seis tipos de quarks. Eles são up, down, top, bottom, charm e strange. Antes que você se pergunte: não, esses nomes não são siglas nem nada parecido. Essas pequenas partículas de fato foram apelidadas pelos físicos de charme, estranho, para cima etc. (eu tomei a liberdade de traduzir alguns dos nomes para o português, embora, no cotidiano, os físicos se refiram a elas em inglês).

Com 2 quarks do tipo up e 1 quark do tipo down se faz um próton. Inverta a receita, adicionando 2 down e 1 up, e você terá um nêutron em mãos. Acontece que os quarks não são as únicas particulas elementares que existem. Há outras categorias, como os léptons (você conhece um, o elétron) e os bósons (você também conhece um: o tal do bóson de Higgs).

É comum explicar o bóson de Higgs dizendo que ele é a partícula que confere massa às coisas. Que ele permite que o mundo em que a gente vive seja composto de coisas sólidas, líquidas ou gasosas – e não apenas de energia, que é algo impossível de tocar ou sequer definir. É bem por aí, mesmo. Se não fosse ele, você e um raio de luz seriam a mesma coisa. Você pode entender melhor o que é e o que faz o bóson de Higgs nas duas matérias abaixo:

Entre quarks, léptons, bósons e o caramba, os físicos conhecem 17 partículas elementares (você pode ver uma foto da família completa aqui). Essa família de partículas – que dá conta de explicar quase tudo que existe – é chamada pelos físicos de modelo padrão. O modelo padrão é uma das teorias mais precisas e bem-sucedidas da ciência contemporânea. 

Ao contrário de quarks como o up e down, que já são super manjados para os especialistas da área, o bóson de Higgs é uma partícula elusiva, difícil de estudar. Quando ele foi detectado pela primeira vez – em 2015, no Grande Colisor de Hádrons (LHC) –, ele não foi detectado de fato (isso seria impossível, não dá para pegar um bóson de Higgs na mão).

O que foi detectado, na verdade, são as partículas em que o bóson de Higgs se transforma depois que ele decai – um jeito bonito de dizer que ele morre.

Vamos explicar melhor: na física dos átomos, se diz que um elemento como o urânio decai quando ele perde um pedacinho de si para tentar se estabilizar (entenda melhor nas reportagens abaixo). Já na física das partículas menores que o átomo, ninguém perde pedacinho nenhum, pelo motivo já mencionado de que partículas elementares simplesmente existem – elas não são compostas de pedacinhos. 

O bóson de Higgs pode decair – ou seja, se transformar – em vários conjuntos de partículas diferentes. Em princípio, essas partículas poderiam ser geradas por outros processos. Por isso, boa parte do trabalho dos cientistas do LHC é procurar agulha no palheiro. Analisar os dados dos experimentos feitos lá para encontrar partículas que foram, sem sombra de dúvida, geradas pelo decaimento do bóson de Higgs, e não por incontáveis outros processos.

Da primeira vez que o bóson de Higgs foi detectado, ele foi pego no flagra decaindo para partículas como os fótons – sim, as mesmas que compõem a luz – ou léptons tau, colegas dos elétrons. Foi mais fácil detectar esses decaimentos porque eles se destacam mais contra o ruído de fundo – são agulhas mais brilhantes no palheiro.

O problema é que essas agulhas brilhantes são raras. Os cálculos indicavam que, na maior parte (60%) das vezes, o bóson decairia para quarks do tipo bottom. E esses quarks ficam camuflados no ruído de fundo gerado pelas colisões de partículas que ocorrem no LHC. Em outras palavras, a tarefa mais difícil era observar justamente o tipo de decaimento mais comum.

Após dois artigos científicos anunciados na última quarta (29) – mas ainda não publicados –, essa dificuldade acabou. Cientistas do ATLAS e do CMS – duas das equipes que trabalham no LHC – finalmente pegaram o pequeno Higgs se tornando um quark bottom. Isso reforça a correspondência entre teoria e prática – e mostra, mais uma vez, o quanto o bizarro modelo padrão, com seu desfile de partículas de derreter o cérebro, é uma representação fiel da realidade em escala subatômica.