Cientistas estão perto de encontrar Bóson de Higgs

Simulador do Bóson de Higgs - área em vermelho é a possível localização da partícula

O que é o Bóson de Higgs?

É uma partícula elementar surgida logo após o Big Bang, tem escala maciça hipotética predita para validar o modelo padrão atual da física de partículas. É a única partícula do modelo padrão que ainda não foi observada, mas representa a chave para explicar a origem da massa das outras partículas elementares. Todas as partículas conhecidas e previstas são divididas em duas classes: férmions (partículas com spin da metade de um número ímpar) e bósons (partículas com spin inteiro).

As massas da partícula elementar e as diferenças entre o eletromagnetismo (causado pelo fóton) e a força fraca (causada pelos bósons de W e de Z), são críticas em muitos aspectos da estrutura da matéria microscópica e macroscópica; assim se existir, o bóson de Higgs terá um efeito enorme na compreensão do mundo em torno de nós.

O bóson de Higgs foi predito primeiramente em 1964 pelo físico britânico Peter Higgs, trabalhando as ideias de Philip Anderson. Entretanto, desde então não houve condições tecnológicas de buscar a possível existência do bóson até o funcionamento do Grande Colisor de Hádrons (LHC) em meados de 2008. A faixa energética de procura do bóson vem se estreitando desde então e, em dezembro de 2011, limites energéticos se encontram entre as faixas de 116-130 GeV, segundo a equipe ATLAS, e entre 115 e 127 GeV de acordo com o CMS.

Detalhes teóricos

A partícula chamada Bóson de Higgs é de fato o quantum (partícula) de um dos componentes de um campo de Higgs. No espaço vazio, o campo de Higgs adquire um valor diferente de zero, que permeia a cada lugar no universo todo o tempo. Este valor da expectativa do vácuo (VEV) do campo de Higgs é constante e igual a 246 GeV.

A existência deste VEV diferente de zero tem um papel fundamental: dá a massa a cada partícula elementar, incluindo o próprio bóson de Higgs. No detalhe, a aquisição de um VEV diferente de zero quebra espontaneamente a simetria de calibre da força eletrofraca, um fenômeno conhecido como o mecanismo de Higgs. Este é o único mecanismo conhecido capaz de dar a massa aos bósons de calibre (particulas transportadoras de força) que é também compatível com teorias do calibre.

No modelo padrão, o campo de Higgs consiste em dois campos carregados neutros e duas componentes, um do ponto zero e os campos componentes carregados são os bósons de Goldstone. Transformam os componentes longitudinais do terceiro-polarizador dos bósons maciços de W e de Z. O quantum do componente neutro restante corresponde ao bóson maciço de Higgs. Como o campo de Higgs é um campo escalar, o bóson de Higgs tem a rotação zero. Isto significa que esta partícula não tem nenhum momentum angular intrínseco e que uma coleção de bósons de Higgs satisfaz as estatísticas de Bose-Einstein.

O modelo padrão não prediz o valor da massa do bóson de Higgs. Discutiu-se que se a massa do bóson de Higgs se encontrasse entre aproximadamente 130 e 190 GeV, então o modelo padrão pode ser válido em escalas de energia iniciais até a escala de Planck (TeV 1016). Muitos modelos de super-simetria predizem que o bóson de Higgs terá uma massa somente ligeiramente acima dos limites experimentais atuais e ao redor de 120 GeV ou menos. Podemos dizer que é uma partícula de um próton que os cientistas ainda não conseguiram observar.

Simulação visual de um Bóson de Higgs: cientistas estão mais perto de encontrar a partícula

Contagem regressiva para encontrar a partícula

No dia 13 de dezembro, cientistas trabalhando no Grande Colisor de Hádrons (LHC, em inglês), instalado na Suíça, anunciaram ter encontrado os primeiros sinais do bóson de Higgs. Esse era justamente um dos principais objetivos do LHC, o maior colisor de partículas do mundo, desde que ele foi inaugurado em 2008.

A descoberta da partícula serviria para comprovar a existência do campo de Higgs. Esse campo seria uma energia invisível que preenche o vácuo por todo o universo, sendo responsável por dar massa às partículas subatômicas, como elétrons e quarks. A teoria é que, logo depois do Big Bang (grande explosão), nenhuma partícula teria massa. Elas só se tornariam mais pesadas conforme entrassem em contato com o campo.

Já as partículas de luz, os fótons, não interagiriam com o campo, o que explica o fato de elas não terem massa e se moverem a grandes velocidades. Sem esse campo, todas as partículas que formam a matéria seriam como os fótons, além de incapazes de formar átomos.

Para encontrar o bóson de Higgs, os físicos trabalhando no LHC tiveram de colidir prótons a velocidades próximas à da luz e observar quais seriam as partículas resultantes. A maioria dessas partículas já era conhecida pelos físicos, mas eles previam que em alguns casos a colisão poderia ter criado o bóson de Higgs, que se desintegraria imediatamente.

Como não conseguiriam “perceber” essa rápida aparição do bóson, os cientistas tiveram de procurar por sinais de sua existência no excesso de outras partículas, que seriam o resultado de sua divisão. Esses sinais foram encontrados (na imagem que ilustra a matéria, eles seriam as retas vermelhas), mas não em número suficiente. Como o bóson de Higgs é um evento muito raro, ele precisaria ser constatado inúmeras vezes para ser considerado comprovado, e não um erro estatístico. Segundo as estimativas dos pesquisadores, todos os dados necessários para bater o martelo sobre sua existência estarão coletados até o final do ano que vem. Mas os resultados anunciados até agora já excitaram a comunidade física mundial, que vê cada vez mais perto a prova de uma das peças sobre as quais se monta o universo.

Fonte:Wikipédia

Fonte:Último segundo

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