O bosón de Higgs (“a partícula de Deus”) em nove questões-chave
Hoje é um día histórico para quem se dedica à física. Mesmo que o anúncio do descobrimento pareça não ser definitivo, duas equipas do CERN têm evidências de uma partícula que é procurada há décadas: o bosón de Higgs.
Proponho-vos explorar, de modo simples, algumas questões relacionadas com esta aventura científica: o que é o bosón Higgs? porque é tão importante encontrá-lo? de onde surgiu o termo “partícula de Deus”?
1.- De que é formada a matéria?
A matéria é formada por átomos. Um átomo é como um Sistema Solar em miniatura: tem um grande núcleo central (composto por protões e neutrões) e, ao seu redor, giram os eletrões.
2.- De que são formados os protões e os neutrões?
Os protões e os neutrões são formados por umas partículas mais pequenas que se chamam quarks. Hé 6 tipos de quarks e foram batizados com nomes um pouco estranhos: o quark “acima”, o quark “abaixo”, o quark “encanto”, oquark “estranho”, o quark “cimo” e o quark “fundo”.
Um protão é formado por 2 quarks “acima” e 1 quark “abaixo”. Um neutrão é formado por 1 quark “acima” e 2 quarks “abaixo”.
3.- E de que são formados os eletrões?
Ao contrário dos protões e dos neutrões, os eletrões são partículas elementares; quer dizer, não se podem dividir mais.
4.- Então o eletrão e os quarks são partículas elementares e qual é o problema?
O problema é que não compreendemos porque é que estas partículas têm massas tão diferentes. Por exemplo, um quark “cimo” pesa 350.000 vezes mais do que um eletrão. Para que façam uma ideia do que significa este número: é a mesma diferença de peso que há entre uma sardinha e uma baleia.
5.- Qual é a solução deste problema?
Em 1964, o físico inglés Peter Higgs, juntamente com outros colegas, propôs a seguinte solução: todo o espaço está cheio de um campo, que não podemos ver, mas que interage com as partículas fundamentais. O eletrão interage muito pouco com esse campo e, por isso, tem uma massa tão pequena. O quark “cimo” interage muito fortemente com o campo e, por isso, tem uma massa muito maior.
Para comprender isto, voltamos à analogía entre a sardinha e a baleia. A sardinha nada muito rapidamente porque é pequenita e tem pouco água ao redor. A baleia é muito grande, tem muita água ao redor e, por isso, move-se mais devagar. Neste exemplo, “a água” tem um papel análogo ao “campo de Higgs”.
A teoria de Higgs é muito profunda pois diz-nos que a massa de todas as partículas é originada por um campo que enche todo o Universo.
6.- Problema resolvido?
Não tão rapidamente. Em física, uma teoría só é válida se pudermos verificá-la com experiências. A história da ciência está repleta de formosas teorias que passaram a ser falsas.
O campo de Higgs é só uma teoria. Para comprová-la necessitamos de encontrar a partícula associada ao campo de Higgs: o chamado “bosón de Higgs”.
7.- Porque é tão difícil observar o bosón de Higgs?
Quando queremos detetar o bosón de Higgs enfrentamos 2 problemas fundamentais:
1) Para gerar um bosón de Higgs, é necessária muitíssima energia. De facto, são necessária intensidades de energia similares às producidas durante o Big Bang. Por isso, precisamos de construir enormes aceleradores de partículas.
2) Uma vez produzido, o bosón de Higgs desintegra-se muito rápidamente. E mais, o bosón de Higgs desaparece antes que o possamos observar. Só podemos medir os “residuos” que deixa ao desintegrar-se.
Estes dois problemas são de uma complexidade tremenda que para os resolver precisamos do trabalho de milhares de físicos durante varias décadas.
8.- E o termo “a particula de Deus”? Por acaso não somos cientistas?
A origem do apelido “a partícula de Deus” é uma das minhas anedotas favoritas em física.
Nos anos 90, Leo Lederman, um Premio Nobel, decidiu escrever um livro de divulgação sobre a física de partículas. No texto, Lederman referia-se ao bosón de Higgs como “The Goddamn Particle” (“A Partícula Maldita”) pela dificuldade em ser detectada.
O editor do livro, num desastroso ataque de originalidade, decidiu mudar o termo “The Goddamn Particle” para “The God Particle” e assim “A Partícula Maldita” converteu-se na “Partícula de Deus”.
9.- Uma vez confirmada a teoria de Higgs, a física de partículas acabou?
Não. A deteção do bosón de Higgs é só o começo de novas aventuras (os físicos continuarlo a ter trabalho por muito tempo!).
No en tanto, ficam dezenas de problemas que estão muito longe de serem resolvidos. Alguns exemplos: o que é a matéria escura? cómo formular uma teoria quântica da gravidade? os quarks e os leptões são verdadeiramente partículas elementares ou têm uma substrutura? todas as forças se unem numa energia suficientemente alta?
Por fim, o nosso trabalho como cientistas consiste em avançar, ainda que seja só um passito, para que as gerações futuras compreendam, um pouquito melhor do que nós, como funciona este formoso Universo que nos rodeia.
Artigo publicado em: http://principiamarsupia.
Tradução: António José André
Proponho-vos explorar, de modo simples, algumas questões relacionadas com esta aventura científica: o que é o bosón Higgs? porque é tão importante encontrá-lo? de onde surgiu o termo “partícula de Deus”?
1.- De que é formada a matéria?
A matéria é formada por átomos. Um átomo é como um Sistema Solar em miniatura: tem um grande núcleo central (composto por protões e neutrões) e, ao seu redor, giram os eletrões.
2.- De que são formados os protões e os neutrões?
Os protões e os neutrões são formados por umas partículas mais pequenas que se chamam quarks. Hé 6 tipos de quarks e foram batizados com nomes um pouco estranhos: o quark “acima”, o quark “abaixo”, o quark “encanto”, oquark “estranho”, o quark “cimo” e o quark “fundo”.
Um protão é formado por 2 quarks “acima” e 1 quark “abaixo”. Um neutrão é formado por 1 quark “acima” e 2 quarks “abaixo”.
3.- E de que são formados os eletrões?
Ao contrário dos protões e dos neutrões, os eletrões são partículas elementares; quer dizer, não se podem dividir mais.
4.- Então o eletrão e os quarks são partículas elementares e qual é o problema?
O problema é que não compreendemos porque é que estas partículas têm massas tão diferentes. Por exemplo, um quark “cimo” pesa 350.000 vezes mais do que um eletrão. Para que façam uma ideia do que significa este número: é a mesma diferença de peso que há entre uma sardinha e uma baleia.
5.- Qual é a solução deste problema?
Em 1964, o físico inglés Peter Higgs, juntamente com outros colegas, propôs a seguinte solução: todo o espaço está cheio de um campo, que não podemos ver, mas que interage com as partículas fundamentais. O eletrão interage muito pouco com esse campo e, por isso, tem uma massa tão pequena. O quark “cimo” interage muito fortemente com o campo e, por isso, tem uma massa muito maior.
Para comprender isto, voltamos à analogía entre a sardinha e a baleia. A sardinha nada muito rapidamente porque é pequenita e tem pouco água ao redor. A baleia é muito grande, tem muita água ao redor e, por isso, move-se mais devagar. Neste exemplo, “a água” tem um papel análogo ao “campo de Higgs”.
A teoria de Higgs é muito profunda pois diz-nos que a massa de todas as partículas é originada por um campo que enche todo o Universo.
6.- Problema resolvido?
Não tão rapidamente. Em física, uma teoría só é válida se pudermos verificá-la com experiências. A história da ciência está repleta de formosas teorias que passaram a ser falsas.
O campo de Higgs é só uma teoria. Para comprová-la necessitamos de encontrar a partícula associada ao campo de Higgs: o chamado “bosón de Higgs”.
7.- Porque é tão difícil observar o bosón de Higgs?
Quando queremos detetar o bosón de Higgs enfrentamos 2 problemas fundamentais:
1) Para gerar um bosón de Higgs, é necessária muitíssima energia. De facto, são necessária intensidades de energia similares às producidas durante o Big Bang. Por isso, precisamos de construir enormes aceleradores de partículas.
2) Uma vez produzido, o bosón de Higgs desintegra-se muito rápidamente. E mais, o bosón de Higgs desaparece antes que o possamos observar. Só podemos medir os “residuos” que deixa ao desintegrar-se.
Estes dois problemas são de uma complexidade tremenda que para os resolver precisamos do trabalho de milhares de físicos durante varias décadas.
8.- E o termo “a particula de Deus”? Por acaso não somos cientistas?
A origem do apelido “a partícula de Deus” é uma das minhas anedotas favoritas em física.
Nos anos 90, Leo Lederman, um Premio Nobel, decidiu escrever um livro de divulgação sobre a física de partículas. No texto, Lederman referia-se ao bosón de Higgs como “The Goddamn Particle” (“A Partícula Maldita”) pela dificuldade em ser detectada.
O editor do livro, num desastroso ataque de originalidade, decidiu mudar o termo “The Goddamn Particle” para “The God Particle” e assim “A Partícula Maldita” converteu-se na “Partícula de Deus”.
9.- Uma vez confirmada a teoria de Higgs, a física de partículas acabou?
Não. A deteção do bosón de Higgs é só o começo de novas aventuras (os físicos continuarlo a ter trabalho por muito tempo!).
No en tanto, ficam dezenas de problemas que estão muito longe de serem resolvidos. Alguns exemplos: o que é a matéria escura? cómo formular uma teoria quântica da gravidade? os quarks e os leptões são verdadeiramente partículas elementares ou têm uma substrutura? todas as forças se unem numa energia suficientemente alta?
Por fim, o nosso trabalho como cientistas consiste em avançar, ainda que seja só um passito, para que as gerações futuras compreendam, um pouquito melhor do que nós, como funciona este formoso Universo que nos rodeia.
Artigo publicado em: http://principiamarsupia.
Tradução: António José André
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