Bóson de Higgs: o que é, o que faz, e o que fazer com ele

Nesta quarta-feira, 4 de julho de 2012, os cientistas do CERN, laboratório europeu de partículas de alta-energia, anunciaram que nos dados coletados em dois anos de colisões de prótons estão os rastros de uma estranha partícula, uma partícula que eles tem 99% de certeza de que é uma nova partícula, algo nunca visto antes em laboratório. O bóson de Higgs é um dos componentes do chamado Modelo Padrão da Física. O que nos leva a outras perguntas…   

Retrato de Família

A nossa história começa com a descoberta do elétron, em 1876, por J. J. Thompson. Em 1911 um outro inglês, Ernest Rutherford, propôs o primeiro modelo para o átomo, que seria composto por um núcleo e uma eletrosfera. Rutherford também foi o descobridor do próton, que ele achou que era uma partícula fundamental (ou seja, não composta de outras partículas).A descoberta de outras partículas nos anos que se seguiram levaram à criação de um modelo que usava partículas fundamentais, os léptons e quarks, para formar outras partículas. O próton, por exemplo, foi modelado como sendo composto por dois quarks e um anti-quark.

Além dos léptons e quarks, seis de cada, conjuntamente chamados de férmions e que estão envolvidos na formação de partículas, foram propostos quatro bósons, que estariam envolvidos nas interações das forças – a força eletromagnética, que seria intermediada pelos fótons, e as forças nuclear forte, intermediada pelos glúons, e nuclear fraca, intermediada pelos bósons W e Z. Para completar a família, haveria ainda uma partícula para intermediar a gravidade, o Gráviton (ainda não detectado), e o bóson de Higgs, que não participaria da constituição de nada, mas que seria responsável pela massa das outras partículas. 

Bóson ou Campo? Os dois

Cabe aqui uma observação. O bóson de Higgs é o quantum de um campo, chamado campo de Higgs. Em outras palavras, o menor valor de um campo de Higgs é um bóson de Higgs, ou ainda, o campo de Higgs é feito de bósons de Higgs. E onde está este campo? Em todo o universo. Estamos todos mergulhados neste campo, que está em todos os lugares, sem faltar em lugar nenhum. A interação das partículas com o campo de Higgs é que daria a massa a estas partículas, e não só a elas, mas também aos intermediadores das forças (menos a força eletromagnética, intermediada pelo fóton, que tem massa zero, ou seja, não interage com o campo de Higgs).

Sem o campo de Higgs, não haveria massa, não haveriam átomos, não haveriam moléculas, não haveriam planetas, não haveriam estrelas, não haveriam reações químicas, não haveria vida, não haveria eu, nem haveria você. Voltando ao Modelo Padrão, as partículas fundamentais, todas elas, foram sendo encontradas, uma a uma, nos laboratórios. Só o bóson de Higgs que não. E isto era um problema. Sem encontrar o bóson de Higgs, ninguém sabia exatamente quais as propriedades dele. Algumas propriedades podiam ser previstas, mas outras, não. Ironicamente, a massa do bóson de Higgs era uma das propriedades que não podia ser prevista. 

Caçada ao bóson, ou fogos de artifício para Higgs

Os modelos também prediziam uma outra coisa, para que o bóson pudesse ser detectado, seria necessário acertá-lo com uma cacetada de energia. Mais precisamente, com uma martelada maior que 1,4 TeV (tera elétron-volts), ou 10¹² elétron-volts. Parece bastante energia, mas só no mundo microscópico. Você vai precisar 100.000.000 TeV para acender uma lâmpada de 100W por um segundo. Ou, dito de outra forma, um mosquito voando tem 1 TeV. Só que um mosquito tem muitos, mas muitos prótons. Se você der esta energia toda para um só próton, e fizer ele bater de frente com outro próton que tenha também 1 TeV, o impacto vai destruir os dois prótons em uma chuva de partículas menores. Entra em cena o LHC (Grande Colisor de Hádrons).

Ele foi feito para colidir prótons com 7 TeV, ou seja, 5 vezes o valor mínimo teórico. Só que ele estava operando em 4 TeV, que não é sua capacidade plena, mas ainda é o suficiente para criar colisões interessantes. Dois anos colidindo partículas, e hoje temos o anúncio feito por duas das equipes do LHC de que eles tem 99,9% de certeza que descobriram uma nova partícula que tem todo o jeito de ser o bóson de Higgs. 

Rescaldo, perspectivas

E agora, o que vai acontecer? Para que será usado o bóson de Higgs? Muita coisa, começando pela física teórica. A descoberta desta partícula a deixa à disposição dos cientistas para análise de suas propriedades. Já sabemos, por exemplo, que o bóson de Higgs tem massa de aproximadamente 133 prótons, ou 125 GeV/c² (sim, a massa está sendo expressa em termos de energia dividida pela velocidade da luz ao quadrado, m = E/c²), e este é só o começo.

O que mais dá para fazer com o bóson de Higgs, além de entender a natureza e o universo em um nível realmente profundo? Nada mais. Talvez da tecnologia usada para encontrar o bóson saia alguma coisa para o cidadão comum, mas o objetivo nunca foi este: sempre foi responder a perguntas essencias, como “do que é feito o universo”. O conhecimento é, sem sombra de dúvida, a maior aventura humana, e a descoberta do bóson de Higgs é parte desta aventura.

Fonte: hypescience.com