Prêmio Nobel de Física de 2013: a “partícula de Deus” que explica a origem da massa

Ao tentar responder por que a matéria apresenta massa, os físicos François Englert (1932-?) juntamente com Robert Brout (1928-2011) e, paralelamente, Peter Higgs (1929-?) formularam a teoria a respeito de partículas, cuja ação permitiria a origem da massa nas partículas atômicas e subatômicas. Suas pesquisas foram publicadas em 1964, mas apenas recentemente puderam ser comprovadas por meio de experimentos realizados com o acelerador de partículas LHC (“Grande Colisor de Hádrons”, na sigla em inglês).

Túnel do acelerador de partículas do LHC, no CERN, no qual pacotes de partículas são aceleradas em sentidos opostos até apresentarem velocidades próximas da velocidade da luz, cerca de 300 000 km/s, para colidirem no interior dos detectores. Crédito: HoangP. CC-BY-2.0.

Túnel do acelerador de partículas do LHC, no CERN, no qual pacotes de partículas são aceleradas em sentidos opostos até apresentarem velocidades próximas da velocidade da luz, cerca de 300 000 km/s, para colidirem no interior dos detectores. Crédito: HoangP. CC-BY-2.0.

Mas onde essas partículas estariam localizadas? Como elas atuariam? Como foi realizado o experimento que comprovou a existência delas?

Segundo a teoria chamada “modelo padrão”, tudo o que conhecemos (cerca de apenas 4% do Universo) é formado de “matéria bariônica”, ou seja, constituído de átomos. Esses, por sua vez, seriam constituídos de outras partículas: uma parte interna com prótons e nêutrons, formando o núcleo, e os elétrons ao redor desse núcleo. Essas diferentes partes do átomo seriam formadas a partir da interação de partículas ainda menores, subatômicas: o núcleo por Quarks (up, down) e os elétrons que são partículas fundamentais da família dos Léptons. A interação entre todas as partículas é mútua por meio de forças de atração e repulsão (força forte, força fraca, força eletromagnética e força gravitacional).

Semelhantemente a um ímã que gera um campo magnético ao seu redor e faz outro ímã interagir com esse campo por meio de uma força magnética, ou um objeto com grande quantidade de massa, como o Sol, que gera um campo gravitacional que permite uma interação por meio de uma força gravitacional atraindo os planetas e permitindo a configuração de suas órbitas, os bósons de Higgs geram um campo chamado de campo de Higgs.

Qual é a relação de tudo isso com o bóson de Higgs?

No espaço vazio, o campo de Higgs adquire um valor não nulo, que permeia a cada lugar no universo, o tempo todo. As partículas chamadas bósons de Higgs, teorizadas pelos físicos premiados pelo Nobel de Física em 2013 e detectadas no LHC, ficariam situadas no espaço e ao redor das demais partículas. Elas interagem por meio de colisões com algumas partículas subatômicas (Quarks, Léptons, etc.). Essa interação faz com que as partículas adquiram massa, na medida em que os bósons de Higgs se aglomeram ao redor das partículas subatômicas. Por exemplo, os prótons apresentam maior massa que os elétrons porque apresentam maior interação com o campo de Higgs. No entanto, outras partículas que não interagem com o campo de Higgs não apresentam massa, como é o caso do fóton.

Resumindo, o “modelo padrão” afirma que é devido à interação mútua entre essas partículas subatômicas que são formados os átomos. A associação dos átomos, por sua vez, pode formar as moléculas; que combinadas aos milhares compõem a matéria e os objetos que vemos e com os quais interagimos.

Pelo fato de os bósons de Higgs concederem uma coesão ao “modelo padrão”, por serem “onipresentes” em todo o Universo, mesmo que de difícil detecção e explicarem a origem de toda matéria, essas partículas foram popularmente chamadas de “partículas de Deus”, em um livro do físico Leon Lederman, rendendo grande publicidade aos experimentos no LHC.

Saiba a importância do experimento realizado no LHC e como o bóson de Higgs está relacionado ao “modelo padrão” no próximo post: “O bóson de Higgs e o modelo mais aceito para explicar o Universo que conhecemos”.

Por Éder Silva