As Unificações de Teorias na Física 3

Um dos grandes experimentos realizados nos últimos anos foi sem dúvida o experimento com o LHC (Grande Colisor de Hádrons, na sigla em inglês), localizado no CERN (Centro Europeu de Pesquisa Nuclear, na sigla em inglês). A realização deste busca, como muito anunciado pela mídia, a já famosa partícula chamada bóson de Higgs. Na teoria mais moderna de física de partículas elementares, essa partícula é a responsável pela massa em todas as outras partículas existentes. A unificação do eletromagnetismo com a força nuclear fraca foi um dos grandes feitos da física. Hoje, sabemos que elas são separadas, mas acredita-se que nos primeiros momentos do surgimento do universo elas eram uma única força, a força eletrofraca.

            No eletromagnetismo, como já foi dito, tem-se que as partículas de interação neste caso são os fótons. Esses fótons, para estarem de acordo com a Teoria da Relatividade Especial de Einstein, não devem possuir massa de repouso. Na época da tentativa de unificação entre esta força e a força fraca, não se sabia nada sobre as partículas de interação desta última. Porém em 1957, com um experimento de simetria sugerido pelos físicos Lee e Yang foi possível afirmar que as partículas de interação da força fraca existiam e eram duas, denominadas W⁺ e W^-.

No entanto, todas as tentativas de unificação do eletromagnetismo com a força nuclear, partindo apenas destas duas partículas de interação para a força fraca foram mal sucedidas, levando em conta outras propriedades que deveriam ser satisfeitas.

            Para resolver tal problema, os físicos envolvidos no trabalho de unificação supuseram a existência de uma outra partícula, algo natural em física nuclear quando está se construindo uma teoria sem experimentos ainda existentes para prová-la. Essa partícula, denominada fóton pesado, Z⁰, serviria para satisfazer as outras propriedades exigidas pela unificação. No entanto, existia um outro problema final: como já foi dito, o eletromagnetismo é uma força de longo alcance, sendo, portanto necessário que o fóton tenha massa de repouso zero; por outro lado, a força nuclear fraca é de curto alcance, da ordem de 10^-16, e para isso as três partículas [W⁺, W^-, Z⁰] deveriam possuir uma grande massa, em relação às outras partículas. A questão então era de onde vinha essa massa?

            Para os físicos envolvidos no trabalho, Abdus Salan e Steven Weinberg, as massas dessas três partículas deveriam surgir através de uma transição de fase, em que a temperatura necessária seria, de acordo com trabalhos do físico Friedmann, exatamente a temperatura do universo cerca de 10^-12 segundo após o Big Bang. Nesta transição de fase, de acordo com a teoria, deveria haver uma partícula denominada partícula de Higgs que incorporaria massa às três partículas de interação da força nuclear fraca.

            Resumindo: antes que a transição de fase ocorresse (isto é, quando a temperatura do universo era menor que a exigida) havia apenas a força eletrofraca. Imediatamente depois, ela se separou em duas forças distintas, o eletromagnetismo e a força nuclear fraca, tendo o W⁺, W^- e o Z⁰ adquirido massas através da partícula de Higgs.

            Assim, a principal função do experimento a ser realizado no CERN, onde está instalado o LHC, é fornecer energia suficiente, a energia necessária para a transição de fase, para que se possa comprovar experimentalmente a existência de tal partícula de Higgs, também conhecida como bósons de Higgs.       Embora muito complicada, tal teoria faz sentindo dentro do âmbito da física de partículas elementares. Basta esperar para ver os resultados do experimento. Caso seja positivo, a teoria estará correta e outro passo na teoria de unificação total foi dado. Porém caso não seja verificada a existência da partícula de Higgs, será necessário reconstruir toda física nuclear de base, inclusive vários conceitos hoje aceitos.

Abaixo um bom vídeo sobre as foças fundamentais da natureza e a tentativa de suas unificações. Existem muitos outros vídeos bons, mas infelizmente boa parte deles não possuem legendas.

Espero que tenham gostado do assunto abordado!!!