Fragmento Zoo

Durante a maior parte da primeira metade do século XX, os físicos pensaram haver apenas três partículas fundamentais: o protão, o neutrão e o eletrão conhecidos. Em meados da década de 1960, no entanto, essa imagem mudou. Melhorias num acelerador de partículas e inovação em detetor pavimentaram o caminho para encontrar uma lista aparentemente ilimitada de novas partículas. Simplicidade e elegância são indicadores de uma excelente teoria científica, algo que faltava ao chamado “zoológico de partículas” da época. Os pesquisadores começaram a buscar uma teoria muito mais simples e unificada para explicá-las fundamentalmente.

Incompleto, mas elegante

Nas décadas seguintes, surgiu uma teoria conhecida como Modelo Padrão da Física de Partículas. O modelo explica a estrutura fundamental por trás do zoológico de partículas com uma ‘precisão’ inacreditável. Atualmente, a teoria é uma das teorias científicas mais bem fundamentadas da história.

A teoria define dois tipos fundamentais de partículas: fermiões, que constituem tudo ao nosso redor, e bósons, que medeiam como os fermiões interagem entre si. Dois exemplos típicos são o eletrão (um fermião) e um fotão (um bóson), a partícula de luz que carrega a força eletromagnética. Os férmions são então separados em quarks – que formam protões e neutrões — e leptões — que incluem eletrões além de múons, taus e os elusivos neutrinos mal massivos.

O modelo padrão estima as propriedades das partículas com uma precisão inacreditável.

Por um tempo, realmente parecia ser a teoria fundamental que os físicos da época do “zoológico de partículas” buscavam com tanto fervor. No entanto, uma questão significativa persistia – a teoria não pode explicar porque qualquer partícula tem massa, muito menos estimar as massas de partículas individuais.

O Higgs e Além

Peter Higgs, François Englert e outros teorizaram uma expansão do Projeto Padrão para resolver esse problema. Eles previram a existência de um campo importante que existe em todos os lugares, o tempo todo, e fornece massa às partículas fundamentais. Além disso, eles propuseram que a excitação desse campo pudesse ser observada como uma partícula — o famoso Bóson de Higgs. Em julho de 2012, quase cinquenta anos após a primeira teorização do bóson de Higgs, o CERN confirmou que as experiências do CMS e do Atlas haviam observado a partícula indescritível.

Esta primeira observação do Higgs causou quase tantas respostas quanto perguntas. Os físicos descobriram pouco sobre as propriedades do bóson a partir de dados experimentais. Mais dados devem ser coletados para verificar até que ponto a partícula observada corresponde à estimada. E, apesar dos seus sucessos, o Modelo Padrão tem algumas desvantagens. Ele não pode considerar a maioria da massa do universo, que está ligada à matéria escura. Nem pode explicar porque o espaço profundo está cheio de matéria e não feito de partes iguais de matéria e antimatéria. E nem pense em incluir a gravidade na foto! Existem várias preocupações a explorar em relação ao universo e às partículas subatómicas.

Originalmente publicado em Stanford. Leia o artigo original.