Bóson de Higgs

Os bósons de Higgs são partículas elementares mediadoras do potencial de Higgs, responsável por atribuir massa a outras partículas elementares, como elétrons e quarks. Os bósons de Higgs são partículas que não apresentam carga elétrica e têm spin nulo.

Descoberta

Por volta de 1970, os físicos perceberam que os fenômenos elétricos, magnéticos, a produção de ondas eletromagnéticas e até mesmo alguns tipos de decaimentos radioativos tratavam-se de diferentes manifestações de um só tipo de força, chamada de força eletrofraca – uma unificação entre duas forças fundamentais da natureza: a força nuclear fraca e a força eletromagnética.

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Ao longo de vários anos de pesquisa e experimentos, pesquisadores perceberam que alguns fenômenos aparentemente diferentes eram produzidos pelo mesmo tipo de força fundamental, só que esse tipo de força (a força eletrofraca) comportava-se de forma não homogênea para diferentes níveis de energia.

Os físicos perceberam que, em níveis altos de energia, era possível distinguir os fenômenos elétricos dos fenômenos relacionados à força nuclear fraca. Com isso, teorizaram que durante o surgimento do Universo, quando as temperaturas eram suficientemente altas (10¹⁵ K), a força eletromagnética e a força nuclear fraca combinaram-se, dando origem à força eletrofraca. Porém, logo em seguida, com o resfriamento do Universo, essas duas forças voltaram a ser distinguíveis, apesar de compartilharem a mesma origem.

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A explicação sobre como ocorre a unificação entre a força nuclear fraca e a força eletromagnética é extremamente complexa e foi o motivo dos físicos Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg terem sido laureados com prêmio Nobel de Física, em 1979.

Após a unificação teórica entre as duas forças fundamentais, algumas dúvidas emergiram e uma delas era muito inquietante. Essa dúvida dizia respeito a como e por que alguns bósons, como os bósons W e Z, que mediam a força nuclear fraca - partículas que não deveriam ter massa, possuem grandes medidas de massa – a pergunta dos físicos era: de onde poderia ter vindo essa massa?

A resposta para a massa dos bósons veio com o mecanismo de Higgs, proposto pelo físico teórico Peter Higgs. Higgs propôs a existência de um campo que surgiu logo após o resfriamento do Universo, passando a permear todo o espaço. O efeito desse campo é o de interagir com os bósons (com exceção dos fótons), produzindo quebras espontâneas de simetria em regimes de alta energia.

Em outras palavras, o campo de Higgs afeta algumas probabilidades quânticas: ele muda as “regras” que regem os bósons altamente energéticos. O resultado da interação dessas partículas com o campo de Higgs é que elas passam a ter massa.

O mecanismo de Higgs mostra que os quarks interagem fortemente com os bósons de Higgs, por isso têm grande massa.

Até pouco tempo atrás, a existência do bóson de Higgs (a manifestação física do campo de Higgs) tratava-se de uma especulação teórica, entretanto, por meio dos experimentos feitos no LHC (Large Hadrons Collider – Grande Colisor de Hádrons), o maior acelerador de partículas do mundo, foi possível a detecção de partículas compatíveis com a descrição do bóson de Higgs.

Em 2013, os físicos Peter Higgs e François Englert foram laureados com o prêmio Nobel de Física por suas contribuições para a compreensão do mecanismo que leva algumas partículas subatômicas a apresentarem massa.

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Bóson de Higgs: a “partícula de Deus”

O bóson de Higgs é popularmente conhecido como a “partícula de Deus”. Esse nome teve origem em um livro muito popular, escrito no de 1993, chamado de “Partícula de Deus”, escrito pelo físico Leon Lederman, ganhador do prêmio Nobel de Física de 1998.

Apesar da popularização, alguns físicos, incluindo o próprio Petter Higgs, incomodam-se com o nome e as possíveis conotações que podem ser atribuídas à sua teoria, sendo considerada um pouco sensacionalista.

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Qual a importância do bóson de Higgs para a origem do Universo?

A teoria do campo de Higgs permitiu que mudássemos a forma como entendemos o Universo. Hoje, acredita-se que nem mesmo o espaço vazio é completamente vazio, pois todo o espaço é permeado por um “mar” de bósons de Higgs e outras partículas.

Além disso, a observação da existência dos bósons de Higgs reforça a teoria de que em algum momento de sua existência o Universo já foi extremamente quente e denso, em razão da alta energia necessária para a observação direta dessas partículas.

Peter Higgs

Peter Higgs (1929) é um físico teórico britânico que foi laureado com o prêmio Nobel de Física em 2013, juntamente com François Englert, pela explicação sobre o mecanismo de Higgs. Em 1960, Peter Higgs propôs a existência de um campo responsável pela quebra de simetria na teoria eletrofraca, motivo do surgimento de massa em partículas que deveriam ser “virtuais”, ou seja, não deveriam apresentar massa.

Os trabalhos de Peter Higgs permitiram que os físicos tivessem um olhar diferente sobre o Modelo-Padrão da Física de partículas, desse modo, novos conhecimentos e mais perguntas deverão surgir ao longo das próximas décadas em razão da comprovação da existência dos bósons de Higgs.

Resumo sobre o bóson de Higgs

• Para o mecanismo de Higgs, as partículas elementares surgem de excitações dos campos correspondentes às forças fundamentais da natureza, incluindo o próprio bóson de Higgs.

• Os diferentes campos existentes na natureza podem interagir uns com os outros.

• Alguns tipos de campos, como o campo eletrofraco, podem interagir com o campo de Higgs por meio de uma quebra de simetria espontânea. Nesse processo, partículas que não deveriam ter massa, como os bósons W e Z, passam a ter massa.

• O Modelo-Padrão da Física de partículas tinha dificuldades em explicar o motivo de algumas partículas elementares apresentarem massa. Essa dificuldade foi sanada após a explicação e comprovação do mecanismo de Higgs.

• Quarks interagem fortemente com os bósons de Higgs, fazendo com que eles tenham grandes massas, os elétrons, por sua vez, interagem fracamente com os bósons de Higgs, por isso têm massas pequenas.

• Os fótons não interagem com os bósons de Higgs, por isso não têm massa.