O legado de Peter Higgs, teórico do bóson que dá massa ao Universo
O ganhador do Prêmio Nobel de 2013 previu uma das peças fundamentais do Modelo Padrão da física de partículas. Entenda o seu trabalho.
Na última segunda-feira (8), morreu aos 94 anos Peter Ware Higgs, físico britânico famoso pela previsão do Bóson de Higgs. Por terem descrito a partícula fundamental que dá massa ao Universo – encontrada décadas depois no acelerador de partículas LHC –, ele e seu colega François Englert foram laureados com o Prêmio Nobel de Física de 2013.
Nos anos 1960, Higgs estudava as partículas que faziam parte do que viria a ser conhecido como o Modelo Padrão. Ele é uma espécie de tabela periódica dos físicos: descreve as características de 17 partículas subatômicas fundamentais, que formam toda a matéria e energia conhecidas no Universo.
O Modelo, entretanto, possuía uma lacuna: suas previsões não davam conta do fato de que os quarks e elétrons que compõem eu, você e todo o resto tem massa. Até onde as equações permitiam dizer, todas as coisas, na verdade, eram borrões impalpáveis de energia.
Isso significava, claro, que havia algo errado com essa descrição da realidade. O Modelo Padrão, que na época estava em gestação, precisava de um retoque para funcionar. Assim, em 1964, Higgs e Englert publicaram de forma independente os estudos que propunham a existência do chamado bóson de Higgs, partícula essencial para dar liga à teoria.
O Modelo Padrão da Física
Durante um bom tempo, acreditou-se que os átomos eram as menores e a mais fundamentais partes da matéria (o próprio nome “átomo”, que vem do grego antigo, significa “indivisível”).
Os átomos, entretanto, podem sim ser divididos. Seus núcleos são compostos de partículas menores (prótons e nêutrons), que por sua vez, também são compostos de outras partículas (os quarks).
As interações entre esses tijolos são regidas por quatro forças fundamentais da natureza: a força nuclear fraca, a força nuclear forte (que são desconhecidas do público não especialista e atuam em processos subatômicos), a gravidade e a força eletromagnética.
A gravidade, diga-se, não tem uma partícula no Modelo Padrão, e não somos capazes, ainda, de descrevê-la da maneira como descrevemos outras forças. Essa é uma limitação da física contemporânea, e uma história para outro post.
Abaixo, você vê o Modelo Padrão em seu estado atual:
A descoberta do Bóson de Higgs
Higgs propôs que, espalhado por toda a extensão do Universo, existe uma espécie de campo invisível chamado campo de Higgs. Parece estranho, mas é só pensar que você está mergulhado em um campo eletromagnético o tempo todo, ele te dá 5G, wi-fi e televisão e faz tudo isso de maneira imperceptível.
O campo de Higgs é formado por bósons de Higgs. Ou… quase isso. No Modelo Padrão, toda partícula tem um campo correspondente, e vice-versa. Fótons e elétrons são apenas perturbações energéticas, manifestações pontuais em teias de extensão indeterminada que ocupam todo o Universo: o campo do fóton e o campo do elétron.
O importante é: o campo de Higgs provoca uma espécie de viscosidade, um melado no tecido do espaço-tempo. Vamos entender como isso aconteceu.
Quando faz um calor de 32 casas decimais, como no Big Bang, os campos oscilam feito a barriga de um buldogue correndo. Se você pudesse observá-los na forma de um gráfico, veria uma montanha-russa, com vales e picos extremos. Conforme o tempo passou e o Universo esfriou, porém, essas oscilações se suavizaram e todos os campos passaram a tender a zero. Esse zero é o que você chama de vácuo, ou nada.
O campo de Higgs, porém, congelou de um jeito meio engraçado quando a temperatura esfriou. Em vez de se acomodar em zero, ele se estabilizou um pouco para cima no gráfico do Universo – isso significa que ele se manifesta o tempo todo, em todos os cantinhos do espaço-tempo, sem ser chamado.
Isso significa que as partículas ali do setor de férmions do Modelo Padrão sofrem a interferência desse campo. E isso lhes dá a característica que chamamos de massa. Dá a nós os nossos quilos.
Até 2012, o bóson era só uma previsão. Tudo mudou com a construção do maior acelerador de partículas do mundo, o Grande Colisor de Hádrons (LHC). O bóson só aparece em níveis altos de energia, e se transforma em outra partícula de forma quase instantânea, o que torna sua observação direta praticamente impossível.
Com o colisor, os físicos conseguiram acelerar feixes a uma velocidade próxima à da luz, e assim detectar a existência da partícula. A comprovação se tornou um dos grandes marcos da física moderna, com a teoria do Modelo Padrão se tornando a mais sólida explicação para o funcionamento do Universo.
Para Peter Mathieson, diretor da Universidade de Edimburgo, o legado de Higgs inspirou e continuará a inspirar uma geração de cientistas a estudarem a origem e a formação de nosso universo.
“Peter Higgs foi uma pessoa notável – um cientista verdadeiramente talentoso cuja visão e imaginação enriqueceram nosso conhecimento do mundo que nos rodeia. Seu trabalho pioneiro motivou milhares de cientistas, e seu legado continuará a inspirar muitos mais por gerações vindouras”, disse em comunicado oficial.
A “Partícula de Deus”
Você já deve ter ouvido por aí o termo “partícula de Deus” para se referir ao bóson de Higgs. Popularizada em partes por Dan Brown em seu livro Anjos e Demônios, essa história não passa da canetada de um editor.
Em 1998, o físico americano vencedor do Nobel Leon Lederman escreveu um livro sobre as partículas fundamentais do Universo. O título provisório do livro era The Goddamn Particle (“A Maldita Partícula”), em alusão a dificuldade de se encontrar o bóson de Higgs.
O problema é que o editor do livro não curtiu muito a palavra “maldita”, temendo que ela fosse ofensiva demais e afastasse o público. Então, ele decidiu simplesmente cortar a parte do damn e, para o desespero dos cientistas, lançou o livro somente como The God Particle (A Partícula de Deus).
O termo rapidamente tornou-se popular, mas levou muitas pessoas a interpretarem a descoberta como algo divino. Não custa reforçar que, de religiosa, a partícula não tem nada. Mas ela é, de fato, uma peça que nos ajudou a compreender um pouco mais o Universo. E isso já é extraordinário por si só, com ou sem divindade no meio.
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