Atualizando a descrição do blog: Tive a intenção de criar este blog para divulgar conceitos, fatos históricos, curiosidades e outros temas sobre a grande ciência física. Existem muitos outros blogs sobre o assunto, mas a minha intenção principal é tentar escrever sobre assuntos de física vistos na graduação ou de pesquisa física para o público geral. Minhas ideias sobre temas para as colunas surgem de textos e artigos que vou lendo ao longo do meu trabalho acadêmico. Discussões são sempre bem vindas!
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segunda-feira, 21 de novembro de 2011

As Unificações de Teorias na Física




Nesses últimos anos, temos visto várias notícias sobre a promessa de que o LHC (Grande Colisor de Hadrons, em sua sigla em inglês), irá ser capaz de provar a existência da tão esperada partícula fundamental denominada bóson de Higgs. Essa partícula, como descrita na teoria, é responsável pela propriedade de massa de todas as outras partículas e consequentemente de toda matéria conhecida até então. Tal partícula foi idealizada pela primeira vez por volta de 1957, quando os físicos procuravam uma maneira de unificar duas forças fundamentais da natureza, a força eletromagnética e a força nuclear fraca.
            A idéia de unificação entre teorias aparentemente desconexas sempre foi um dos objetivos dos físicos. Segundo Dirac, um dos maiores físicos de todos os tempos, a beleza de uma teoria determinava se ela devia ou não ser aceita, mesmo a despeito de qualquer prova experimental momentaneamente contrária. Assim, muitos físicos vem trabalhando na tentativa de se desenvolver uma teoria que englobe todas as forças fundamentais da natureza: uma teoria única, sem a necessidade de se ficar particularizando maneiras de se resolver um problema. Para ver como isso ocorreu de maneira breve na história, iremos ver rapidamente as principais unificações feitas ou suas tentativas.
            Abdus Salam, outro grande físico, diz que ainda no Afeganistão antigo, o físico Al- Biruni foi, ao que parece, o primeiro a dizer explicitamente que todos os fenômenos físicos sobre o Sol, a Terra e a Lua obedecem às mesmas leis. Um pouco mais adiante no tempo, Galileu, observando sombras de montanhas na superfície da Lua com seu telescópio, foi capaz de afirmar que as leis de projeção de sombras são as mesmas tanto na Lua como na Terra. Essa frase, conhecida como simetria galileana, afirma a universalidade das leis da física. Já por volta de 1680, Isaac Newton, em seus trabalhos sobre gravitação, pôde afirmar que a força da gravidade terrestre (que faz as maçãs caírem no chão) era a mesma coisa que a gravidade celeste (a força que mantém os planetas em movimento em torno do Sol).
            Nas décadas de 1820 e 1830, os cientistas Faraday e Ampère foram capazes de realizar a unificação da eletricidade com o magnetismo, tornando-se então eletromagnetismo. Eles mostraram que uma carga parada gerava um campo elétrico. Mas esta mesma carga em movimento acelerado também gerava um campo magnético. Ou seja, para um observador “sentado sobre a carga”, ele sentiria apenas o efeito do campo elétrico. Mas já para um observador que estivesse parado em relação a esta carga acelerada, ele sentiria o efeito de um outro campo, o magnético, já conhecido.
            Até aqui, é possível ver que no início dos estudos sobre a gravidade, ela era tida como tendo propriedades distintas na Terra e no resto do universo. Estudos experimentais de Galileu e Newton mostraram que a gravidade é a mesma em todo o universo, sendo uma força apenas atrativa, nunca repulsiva. Por outro caminho, foi possível unificar a eletricidade e magnetismo, surgindo a força eletromagnética. A estes dois tipos de interações, descobriram-se mais duas, a força nuclear fraca e força nuclear forte, interações fundamentalmente de curto alcance. Elas serão consideradas mais adiante, quando será mostrada a necessidade de se introduzir o bóson de Higgs. Antes, serão mostradas mais algumas unificações realizadas na física, assim como a má sucedida tentativa de se unificar gravitação e eletricidade.

Abaixo, um vídeo mostrando uma breve ilustração sobre o problema da unificação entre a Teoria da Relatividade Geral e a Mecânica Quântica.

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