Um dos mistérios que a física moderna procura resolver é descobrir como tudo começou, de onde vem nosso universo e como a massa foi formada.

Já comentamos em diversos posts sobre a teoria do Big Bang, a explosão inicial que determinou a nossa existência, mas daí surge o desafio de explicar o que aconteceu desde 1 trilionésimo de segundo depois até hoje… como criar uma teoria consistente capaz de estabelecer uma ponte entre este início e o que vemos hoje na imensidão do espaço?.

Porque somos formados por partículas e não por anti-partículas? Se tudo era energia, como surgiu a massa?

Partículas são frações da matéria, como por exemplo os átomos, que por um tempo se pensou serem constituintes elementares, isto é, indivisíveis. Mas logo se descobriu que são formados por prótons, nêutrons e elétrons, que são suas subpartículas contendo massa.

A possibilidade de dividir o átomo provocou a discussão de quais são realmente as menores partículas, as chamadas “partículas elementares” e como elas interagem para formar a matéria que conhecemos, assunto que é estudado na Mecânica Quântica.

Através do choque entre prótons ou elétrons nos aceleradores de partículas, descobriu-se muitas outras subpartículas, a maioria delas instável, com um curtíssimo período de vida, e então foi decidido organiza-las em grupos de “partículas elementares” conforme suas propriedades, como o “spin”, por exemplo. No encontro entre estas partículas aceleradas à velocidade da luz pode-se alcançar temperaturas 100 mil vezes mais altas que as do Sol e então simular as condições que prevaleceram nas frações de segundo depois do “Big Bang”, pelo qual hoje pensa-se que o Universo foi criado há 13,7 bilhões de anos.

Destaca-se a pesquisa que tem sido feita no Grande Colisor de Hádrons (GCH ou LHC), o gigantesco acelerador de partículas localizado a cerca de 150 metros embaixo da terra e instalado na fronteira entre Suíça e a França, construído pela Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN) ao custo de 8 bilhões de dólares. O mesmo lugar que recentemente anunciou que foram detectacdos neutrinos que poderiam viajar acima da velocidade da luz.

Estes choques, realizados no LHC podem ser ilustrados como se a partícula (no caso, o próton) fosse o motor de um carro e o lançássemos contra a parede para recolher os pedaços e descobrir do que ele é feito…

Nestes testes foi descoberto, por exemplo, que prótons e nêutrons (ambos conhecidos também por Hadrons, por isso o nome, LHC) são formados por uma trinca de Quarks e por isso os Quarks foram considerados como partículas elementares, junto com os Leptons (que tem massa mas não são feitos de Quarks) e os Bosons (que tem “spins” inteiros).

Através dessa pesquisa foi proposta então uma teoria chamada de “Modelo Padrão” onde as partículas elementares encontradas são divididas em duas classes: os Férmions (subdivididos em Quarks e Leptons) e os Bósons (grupo a que os fótons pertencem, como a luz, que não tem massa) formando um grupo com 16 partículas elementares.

Todas as partículas previstas nesse modelo já foram descobertas, com exceção de uma: o “Bóson de Higgs”, também chamado de “A Partícula de Deus” que foi proposta para tentar explicar porque algumas partículas elementares tem massa, nome dado em homenagem ao pesquisador Peter Higgs que elaborou em 1960 uma teoria sobre a sua existência. O LHC foi criado principalmente para encontra-lo, uma vez que sua demonstração é atualmente um “gargalo científico” na mecânica quântica, para a validação do Modelo Padrão.

O Bóson de Higgs

O primeiro a postular a existência de uma partícula elementar foi Demócrito, em 400 A.C. Ele acreditava que toda a matéria seria constituída através da união entre pequenos e indivisíveis blocos de matéria. Surge daí uma questão filosófica interessante. No nosso pensamento, podemos dividir algo que tenha massa infinitamente e a fração resultante ainda terá massa…. Assim, seria interessante explicar a existência de massa através da ideia de um elemento que, ao interagir com um campo proveniente de outro elemento, “passe a ter massa”.

Nessa hipótese, temos a formação da massa em uma partícula que se transforma, que se constrói, ao passar por um campo de outra partícula e assim derrubamos o conceito de que a massa sempre existiu e tudo se formou a partir dela e então começamos a explicar o que aconteceu um bilionésimo de segundo após o Big Bang.

Porque esta partícula, a última que falta a ser descoberta na “família” quântica da Teoria Padrão, é tão importante e porque a chamam de “a partícula de Deus?”.

Segundo a teoria, logo após a explosão do Big Bang, quando o Universo foi criado, teria surgido o Bóson de Higgs, que deu massa a todas as outras partículas. uma partícula subatômica que foi prevista, mas nunca realmente detectada.

Uma das razões é pela sua propriedade de “criar massa” em uma outra partícula e transforma-la em uma partícula conhecida que juntamente com outras irá construir a matéria que conhecemos (algo que certamente Lord Voldemort desejaria para conquistar o Universo e derrotar Harry Potter !!).

O bóson de Higgs seria uma partícula que, como uma carga, emite um campo, chamado Campo de Higgs. Quando as partículas passam por este campo, elas interagem com essas “cargas” e esta interação é que as faz agir como se tivessem massa. Partículas mais pesadas são mais afetadas, partículas mais leves, menos. Desta forma, o mecanismo de Higgs é essencial para explicar as massas das partículas e a descoberta deste bóson significaria que este mecanismo realmente existe e nos ajudaria a estabelecer como verdadeira a teoria que fundamenta o mecanismo de Higgs e outras que nele se baseiam.

Explicaria por exemplo como as duas forças fundamentais do universo – a eletromagnética, que governa as interações entre partículas carregadas, e a fraca, responsável pelo decaimento radioativo – poderiam ser unidas uma vez que toda força na natureza está associada com uma partícula. A força associada com o eletromagnetismo é o fóton enquanto a “força fraca” está associada com os bósons W e Z, que ao contrário do fóton têm muita massa, sendo que atualmente o mecanismo de Higgs é tido como o responsável por isso.

Até o momento não se encontrou o boson de Higgs mas espera-se que em 2012 ele seja descoberto, porém, se em um futuro próximo ele for considerado como “provavelmente não existente” em determinado intervalo de confiança estatístico, esta conclusão é tão importante como a de encontra-lo, porque novos mecanismos mais sofisticados deverão ser propostos para explicar o fenômeno da criação da massa.

Se encontrado, o Bóson de Higgs não irá explicar tudo, pelo contrário, irão surgir provavelmente mais perguntas do que respostas porque os Férmions correspondem a aproximadamente 5% da massa do universo e surge então a intrigante pergunta: o que é a energia e a massa escura correspondente aos outros 95%?

Uma curiosidade sobre o LHC

O público conhece o CERN e o LHC pelo filme “Anjos e Demônios” (2009) da obra literária de Dan Brown, estrelado por Tom Hanks no papel de Robert Langdon, professor de simbologia contratado para elucidar o desaparecimento de 4 cardeais e que aborda o conflito entre Ciência e Religião, através da guerra entre a sociedade secreta “Iluminati” e o Vaticano.

Nesse filme, as anti-partículas geradas pela colisão dos prótons no túnel é concentrada e mantida represada em um campo eletromagnético de um recipiente, roubado pelos Iluminati para a destruição do Vaticano, simbolizando o triunfo da Ciência contra a Religião. Um grama de antimatéria, que é extremamente instável, realmente explodiria em contato com qualquer matéria, como o ar por exemplo e contém energia igual à de uma bomba nuclear.

A sociedade secreta “Os Iluminati” (os iluminados) realmente existiu na Bavária, atual Alemanha, em resposta à perseguição a cientistas promovida pela Igreja Católica, entre eles Galileu Galilei.

Pensa-se até o momento que a antimatéria é idêntica à matéria normal, exceto por ter partículas com cargas elétricas inversas.

Em novembro de 2010 uma equipe do CERN conseguiu confinar 38 átomos de antihidrogênio em uma armadilha magnética por mais de 17 décimos de segundo, o anti-hidrogênio é formado por um antiproton no núcleo e um pósitron (o antielétron) em sua órbita. Até o momento, podia-se criar antimatéria, mas não armazená-la de modo que assim, mais uma vez, a ficção científica antecipou a realidade, com os exageros de sempre, é claro. Notar que a armadilha (a direita) é muito parecida com a do filme inclusive…

Antimatéria – Revista Nature