Retrocesso quinta-feira: como o Higgs dá massa ao universo

Crédito da imagem: colaboração CERN/CMS, de um evento Higgs.

Já se passaram mais de três anos desde que encontramos o bóson de Higgs. Então, como isso dá massa às partículas?



Esta é evidentemente uma descoberta de uma nova partícula. Se alguém alegar o contrário, você pode dizer que perdeu a conexão com a realidade. – Tommaso Dorigo





Você provavelmente já ouviu a notícia: o bóson de Higgs – a última partícula fundamental não descoberta da natureza – foi indiscutivelmente encontrado.

Crédito da imagem: Fermilab/E. Siegel.



De fato, os dados continuaram rolando; quinze anos no século 21, mesmo depois de encontrar água líquida em Marte, visitar Plutão e encontrar milhares de exoplanetas, isso ainda pode ser a descoberta do novo milênio.



Em vez de recapitular a descoberta científica em si – CMS e ATLAS confirmaram um bóson escalar de spin-0 com confiança muito maior que 5,0-σ – da partícula de Higgs em uma massa de repouso de 125–126 GeV, quero focar em outra coisa .

Captura de tela do webcast original ao vivo de 2012 dos seminários que antecederam a apresentação. Tirada no momento, a equipe do CMS disse pela primeira vez as palavras 5-sigma, há muito conhecidas como o padrão-ouro para descobertas em campo.



Sim, o bóson de Higgs foi descoberto! Isso é indiscutivelmente uma boa notícia. Você pode ter Além disso ouvi dizer que o Higgs dá massa a tudo no Universo, e que é um campo.

O estranho é que todo dessas coisas são verdadeiras, se não intuitivas. Tem havido alguns tenta explicar de forma simples , mas como você pode ver, mesmo os melhores são não muito claro . Uma das coisas que devemos ter em mente é que um campo e uma partícula (como um bóson) são coisas muito diferentes.



Então, vamos dar-lhe uma pergunta muito carnuda para afundar seus dentes: Como as partículas fundamentais, incluindo o bóson de Higgs, obtêm sua massa?



Crédito da imagem: Highway Man of WhiteBlaze.net.

O campo de Higgs é como a chuva – uma chuva constante e inevitável – e não há lugar que você possa ir para se manter seco. Assim como não há como proteja-se da gravidade , não há como se esconder da chuva que é o campo de Higgs.



Se não houvesse campo de Higgs, todas as partículas fundamentais seriam como esponjas secas. Sem massa (você tem que usar sua imaginação), esponjas secas.

Crédito das imagens: captura de tela da pesquisa de imagens do Google.



Mas eles só tinham massa quando estavam secos. Você não pode manter essas esponjas fora da chuva, e quando você não pode impedir que elas se molhem, elas carregam essa água com elas, e essa água lhes dá uma massa.

Algumas esponjas podem carregar apenas um pouco de água, enquanto outras podem se expandir para muitas vezes seu tamanho original, carregando grandes quantidades de água quando estiverem totalmente expandidas.

Crédito da imagem: GNI Phoenix International, via DIYTrade.com.

As partículas fundamentais mais massivas são as que se acoplam mais fortemente ao campo de Higgs e são como as esponjas que mais se expandem e retêm mais água na chuva. De todas as partículas que eu mostrei a você, no topo, há apenas dois que são verdadeiramente sem massa e, portanto, não se acoplam ao Higgs: o fóton e o glúon.

Eles também podem ser representados por esponjas sem massa, exceto que são repelente de água esponjas em cima disso.

Crédito da imagem: CETEX Water Repellent, da Waltar Enterprises; foto de Gregory Alan Dunbar.

Então, o campo de Higgs é a chuva, todas as partículas são como vários tipos de esponjas (com várias absorvências), e então… então há o bóson de Higgs. Como o campo de Higgs – a chuva – pode estar relacionado a uma partícula – o bóson de Higgs – também?

Crédito da imagem: stockmedia.cc/stockarch.com.

Se não estivesse chovendo – se não houvesse fonte de água – seu balão de água pretendido seria um fracasso triste. Se não houvesse campo de Higgs, não haveria bóson de Higgs; pelo menos, não um de qualquer interesse, e não um com qualquer massa nem com qualquer interação.

Mas a água vem do campo de Higgs, e também enche o balão que é o bóson de Higgs: o campo de Higgs dá massa a todas as partículas que se acoplam ao campo de Higgs, incluindo o próprio bóson de Higgs!

Crédito da imagem: Laura Williams de SheKnows.com.

Sem a água, os balões e as esponjas seriam muito menos interessantes, e sem o campo de Higgs, o bóson de Higgs e todas as outras partículas fundamentais não teriam massa intrínseca a eles.

Crédito da imagem: desconhecido, mas acho que esse garoto merecia.

É o fato de que o campo de Higgs está em toda parte, que acopla a tudo (exceto fótons e glúons), e que acopla mais fortemente a algumas partículas do que a outras, o que lhes dá massas diferentes. O fato de haver um auto-acoplamento – algo especial para o Higgs – torna o bóson de Higgs diferente de todas as outras partículas, mas também explica por que ele tem massa.

Então é assim que o campo de Higgs dá massa a todas as partículas do Universo, incluindo o próprio bóson recém-descoberto. Assim como a água pode penetrar em quase tudo, tornando-a mais pesada, o campo de Higgs se acopla a quase todos os tipos de partículas fundamentais – algumas mais do que outras – dando-lhes massa.

E a grande nova descoberta? Conseguimos criar e detectar bósons de Higgs suficientes no Grande Colisor de Hádrons para anunciar com confiança - pela primeira vez - que o descobrimos, que determinamos sua massa (cerca de 133 vezes a massa de um próton) , e que concorda perfeitamente com a nossa compreensão do Universo atualmente.

Crédito da imagem: Colaboração CMS / CERN.

E o que isso significa é que, se há física além do Modelo Padrão, o LHC até agora não nos deu nenhuma indicação de que as partículas ou interações conhecidas precisam disso. Com o Higgs, os seis quarks, os seis léptons, os glúons e os bósons eletrofracos, temos tudo o que precisamos para fazer com que as partículas do Universo se comportem como se comportam: a massa incluída.


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