O que é a Partícula de Deus - Bóson de Higgs?

O bóson de Higgs é muitas vezes chamado de A partícula de Deus. Contudo esta partícula nada tem haver com Deus ou qualquer crença religiosa. O termo partícula de Deus surge do livro The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question? publicado por Leon Lederman.

Por | @oficinadanet Ciência

No início dos anos sessenta os físicos já haviam descoberto um grande número de partículas e proposto outras tantas. Junto a estas descobertas e especulações, desenvolveram teorias de como essas partículas deveriam interagir umas com as outras, contudo estava claro que seus modelos eram incompletos. De acordo com estes modelos teóricos algumas partículas não deveriam possuir massa, algo absurdo uma vez que a massa dessas partículas já havia sido determinada experimentalmente. Existia então a necessidade de um ajuste profundo nestes modelos. 

Foi em 1962 que o físico norte americano Philip Warren Anderson desenvolveu um modelo não relativístico, hoje conhecido como mecanismo de Anderson, que esclarecia como as partículas adquiriam massa. Foram necessários dois anos para que François Englert e Robert Brout (em agosto), Peter Higgs (em outubro) e Gerald Guralnik, C.R. Hagen e Tom Kibble  (em novembro) publicassem seus artigos onde desenvolviam o trabalho de Anderson para um modelo completo e relativístico. Esses trabalhos que foram desenvolvidos pelos três grupos de forma independente e quase simultânea são hoje conhecidos como “Os artigos de quebra de simetria de 1964”

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Apesar de serem igualmente importantes, o trabalho de Peter Higgs se destacou dos demais ao propor um mecanismo responsável a atribuir massa a todas as partículas conhecidas e até ao próprio bóson de Higgs, chamado de mecanismo de Higgs. Graças à estes importantíssimos trabalhos os físicos passaram a ter conhecimento sobre os mecanismos que agem sobre as partículas elementares garantindo-as massa. Os seis cientistas ganharam o Prêmio Sakurai em 2010, que é concedido anualmente pela Sociedade Americana de Física. 

Por que “Partícula de Deus”?

Antes de tudo cabe esclarecermos o mal entendido que ocorre em relação ao nome desta partícula em especial. O bóson de Higgs é muitas vezes chamado de “A partícula de Deus”. Contudo esta partícula nada tem haver com Deus ou qualquer crença religiosa. O termo “partícula de Deus” surge do livro “The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?” publicado por Leon Lederman, ganhador do prêmio Nobel. Contudo o título original deste livro seria “The Goddman Particle”, ou seja, a “partícula maldita” devido a sua dificuldade em ser encontrada experimentalmente. Como os editores acharam o título muito forte, ele foi alterado para “The God Particle” e assim começou toda a polêmica que conhecemos.  

O mecanismo de Higgs

Pensamos na massa como uma propriedade intrínseca da matéria mas, na física de partículas não é bem assim. Não há porque a massa existir naturalmente para as partículas. É necessário que exista um mecanismo que lhes conceda massa, caso contrário, elas não a possuirão. Atualmente o mecanismo que melhor explica como as partículas elementares adquirem massa é conhecido como mecanismo de Higgs.

Sabemos hoje que no universo parecem atuar somente quatro forças: gravidade, eletromagnetismo, força nuclear forte e força nuclear fraca. Os físicos foram capazes de um grande feito: unificar a força eletromagnética com a força nuclear fraca graças a uma simetria que existe entre essas forças. Disto nasceu a teoria das interações eletrofracas, que juntamente com a cromodinâmica quântica formam as bases do modelo padrão. Contudo uma pergunta ainda não podia ser respondida: por que a maioria dessas partículas possui massa?

A simetria existente na teoria eletrofraca requer explicitamente que os bósons não possuam massa. O fóton, bóson mediador da força eletromagnética não possui massa e por isso se encaixa na teoria contudo os bósons Z e W, responsáveis por mediar a força fraca possuem massa. Isso quebra a simetria que possibilitou a unificação. 

Muitos físicos então se propuseram a criar um mecanismo (de quebra espontânea da simetria eletrofraca) que explicasse como os bósons Z e W possuem massa, ou seja, um mecanismo que explicasse a quebra da simetria eletrofraca. Foi então que, em 1964 o físico Peter Higgs propôs seu mecanismo que se tornaria a chave para solucionar o problema.

O mecanismo de Higgs adiciona um campo extra às Teorias de Gauge, classe de teorias focadas em transformações de simetria. Este é o campo de Higgs que possui valor diferente de zero em seus todos os pontos e isto quebra espontaneamente a simetria da teoria eletrofraca o que dá massa aos bósons Z e W. Além disso, o mecanismo de Higgs explica também como os bósons de gauge adquirem massa fazendo com que seu mecanismo seja ainda mais impressionante. 

Basicamente o que o mecanismo de Higgs faz é criar um campo que preenche o universo assim como água preenche uma piscina. Este campo, chamado de campo de Higgs, é intermediado pelo bóson de Higgs, assim como o campo eletromagnético é intermediado pelo fóton. O campo de Higgs oferece uma certa resistência ao movimento das partículas assim como a água oferece resistência aos nossos movimentos. Essa resistência resulta da interação entre o campo de Higgs e as partículas. Quanto maior for essa interação, maior será sua massa. De forma equivalente, quanto menor sua interação, menor sua massa. Há ainda aquelas partículas que, como o fóton, não interagem com o campo de Higgs de forma alguma e por isso não possuem massa.

De acordo com os modelos teóricos atuais, o campo de Higgs se desenvolveu nos primeiros milissegundos após o big bang. As partículas então começaram a ser desaceleradas pelo campo e com isso ganharam massa. Dessa forma sua energia foi convertida em massa de acordo com a equivalência massa-energia. Desta forma o mecanismo de Higgs consegue explicar de forma satisfatória tudo que lhe é proposto. Ele é também compatível com diversas teorias amplamente aceitas como a do big bang. Agora com uma possível confirmação experimental fornecida pelo LHC, o bóson de Higgs se torna uma das mais importantes peças da física de partículas constituindo uma parte fundamental do conhecimento da natureza. 

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