Todos conhecemos e amamos o bóson de Higgs - que, para desgosto dos físicos, foi erroneamente rotulado na mídia como a "partícula de Deus" - uma partícula subatômica vista pela primeira vez no Large Hadron Collider (LHC) em 2012. Essa partícula é uma peça de um campo que permeia todo o espaço-tempo; ele interage com muitas partículas, como elétrons e quarks, fornecendo massa a essas partículas, o que é bem legal.
Mas o Higgs que vimos era surpreendentemente leve. De acordo com nossas melhores estimativas, deveria ter sido muito mais pesado. Isso abre uma questão interessante: claro, vimos um bóson de Higgs, mas esse era o único bóson de Higgs? Há mais flutuando por aí fazendo suas próprias coisas?
Embora ainda não tenhamos evidências de um Higgs mais pesado, uma equipe de pesquisadores do LHC, o maior destruidor de átomos do mundo, está investigando essa questão enquanto falamos. E há rumores de que, à medida que os prótons são esmagados no interior do colisor em forma de anel, pesadas partículas de Higgs e até Higgs compostas por vários tipos de Higgs podem se esconder.
Se o pesado Higgs realmente existe, precisamos reconfigurar nossa compreensão do Modelo Padrão da física de partículas com a nova descoberta de que há muito mais no Higgs do que aparenta. E nessas interações complexas, pode haver uma pista para tudo, desde a massa da partícula de neutrino fantasmagórica até o destino final do universo.
Tudo sobre o bóson
Sem o bóson de Higgs, praticamente todo o Modelo Padrão desaba. Mas, para falar sobre o bóson de Higgs, primeiro precisamos entender como o Modelo Padrão vê o universo.
Em nossa melhor concepção do mundo subatômico usando o Modelo Padrão, o que consideramos partículas não é realmente muito importante. Em vez disso, existem campos. Esses campos permeiam e absorvem todo o espaço e tempo. Há um campo para cada tipo de partícula. Então, há um campo para elétrons, um campo para fótons, e assim por diante. O que você considera partículas são realmente pequenas vibrações locais em seus campos particulares. E quando as partículas interagem (por exemplo, pulando umas nas outras), são realmente as vibrações nos campos que estão fazendo uma dança muito complicada.
O bóson de Higgs tem um tipo especial de campo. Como os outros campos, permeia todo o espaço e tempo, e também pode conversar e brincar com os campos de todos os outros.
Mas o campo de Higgs tem dois trabalhos muito importantes para fazer que não podem ser alcançados por nenhum outro campo.
Seu primeiro trabalho é conversar com os bósons W e Z (através de seus respectivos campos), os portadores da fraca força nuclear. Ao conversar com esses outros bósons, os Higgs conseguem dar-lhes massa e garantir que eles fiquem separados dos fótons, portadores da força eletromagnética. Sem o bóson de Higgs executando interferência, todas essas transportadoras seriam fundidas e essas duas forças se fundiriam.
O outro trabalho do bóson de Higgs é conversar com outras partículas, como elétrons; através dessas conversas, também lhes dá massa. Tudo isso funciona muito bem, porque não temos outra maneira de explicar as massas dessas partículas.
Leve e pesado
Tudo isso foi elaborado na década de 1960 por meio de uma série de matemáticas complicadas, mas seguramente elegantes, mas há apenas um pequeno obstáculo à teoria: não há maneira real de prever a massa exata do bóson de Higgs. Em outras palavras, quando você procura a partícula (que é a pequena vibração local de um campo muito maior) em um colisor de partículas, você não sabe exatamente o que e onde irá encontrá-la.
Em 2012, os cientistas do LHC anunciaram a descoberta do bóson de Higgs depois de descobrir que algumas partículas que representam o campo de Higgs haviam sido produzidas quando os prótons foram esmagados uns aos outros quase à velocidade da luz. Essas partículas tinham uma massa de 125 giga-elétron-volts (GeV), ou aproximadamente o equivalente a 125 prótons - então é meio pesado, mas não incrivelmente grande.
À primeira vista, tudo isso soa bem. Os físicos realmente não tinham uma previsão firme da massa do bóson de Higgs, então poderia ser o que quisesse; por acaso encontramos a massa dentro da faixa de energia do LHC. Quebre o espumante e vamos começar a comemorar.
Exceto que existem algumas previsões meio hesitantes sobre a massa do bóson de Higgs, com base no modo como ele interage com outra partícula, o quark superior. Esses cálculos prevêem um número muito superior a 125 GeV. Pode ser que essas previsões estejam erradas, mas precisamos voltar à matemática e descobrir onde as coisas estão dando errado. Ou a incompatibilidade entre previsões amplas e a realidade do que foi encontrado dentro do LHC pode significar que há mais na história do bóson de Higgs.
Huge Higgs
Muito bem, pode haver uma infinidade de bósons de Higgs por aí que são pesados demais para que possamos ver com nossa atual geração de coletores de partículas. (A questão da energia de massa remonta à famosa equação E = mc ^ 2 de Einstein, que mostra que energia é massa e massa é energia. Quanto maior a massa de uma partícula, mais energia ela tem e mais energia é necessária para criar essa massa. coisa.)
De fato, algumas teorias especulativas que empurram nosso conhecimento da física para além do Modelo Padrão prevêem a existência desses pesados bósons de Higgs. A natureza exata desses caracteres adicionais de Higgs depende da teoria, é claro, variando de um a dois campos de Higgs extra-pesados até estruturas compostas feitas de vários tipos diferentes de bósons de Higgs colados.
Os teóricos trabalham arduamente tentando encontrar qualquer maneira possível de testar essas teorias, uma vez que a maioria delas é simplesmente inacessível aos experimentos atuais. Em um artigo recente enviado ao Journal of High Energy Physics, e publicado on-line no jornal preprint arXiv, uma equipe de físicos apresentou uma proposta para procurar a existência de mais bósons de Higgs, com base na maneira peculiar pela qual as partículas podem decair partículas mais leves e mais facilmente reconhecíveis, como elétrons, neutrinos e fótons. No entanto, essas decadências são extremamente raras, de modo que, embora possamos, em princípio, encontrá-las no LHC, serão necessários muitos anos de pesquisa para coletar dados suficientes.
Quando se trata do pesado Higgs, teremos que ser pacientes.
