Com o que a partícula de Deus (bóson de Higgs) parece?

Em julho de 2012, o mundo inteiro ficou cara a cara com o bóson de Higgs: uma pequena luz brilhante, que dançava em nossas telas como a Sininho. Espere, isso não está certo.

Enquanto os físicos pulavam de alegria por “ver” o bóson de Higgs – partícula elusiva que compõe o campo de Higgs, que permite que as partículas ganhem massa – a verdade é que eles viram um monte de números, gráficos e dados gerais que diziam que o bóson de Higgs havia sido detectado. E esse “detectado” merece uma explicação.

Conforme relatado, os dados coletados estavam em nível de 5-sigma de certeza. Você pode ter ouvido que “5-sigma” indicava que havia uma chance em 3,5 milhões do famoso bóson não existir. Mas não vamos tão rápido. Como acontece com um monte de notícias da física, é mais complicado do que isso. O nível de confiança de cinco-sigma significava que havia uma chance em 3,5 milhões de que nenhuma partícula de Higgs existisse, mesmo se os funcionários do CERN tivessem visto os mesmos resultados. Em outras palavras, havia uma chance em 3,5 milhões de que um experimento para encontrar o Higgs chegasse a resultados que parecessem confirmá-lo, mesmo que nenhuma partícula existisse.

Então, se os cientistas do CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear) não estavam esperando ver uma coisa parecida com um adereço de carnaval, o que eles estavam procurando? Durante muito tempo, os físicos ficaram intrigados com o fato das partículas como elétrons e quarks terem massa. Eles não eram pequenos corpos que compunham os átomos e moléculas; mas suas representações matemáticas em um universo simétrico não funcionam, a menos que as partículas não tenham massa.

Peter Higgs e alguns de seus colegas físicos tiveram uma ideia. Em vez de tentar descobrir como todas essas equações poderiam ser modificadas e projetadas para trabalhar com partículas com massa, por que não manter as contas e adicionar o pressuposto de que as partículas estão operando em um campo que exerce um peso sobre elas? Se esse fosse o caso, poderíamos encontrar uma substância neste “campo” que adiciona massa a uma partícula, criando resistência. Imagine uma mosca voando pelo ar; ela está zanzando muito bem até encontrar um vento forte. De repente, nossa rápida e pequena mosca se sente bastante pesada. Assim seria com as nossas partículas quando elas atravessassem o campo de Higgs.

É claro que os físicos não foram exatamente à procura de algum tipo de sopa universal onde tudo está nadando sem percebermos. Ao contrário, eles estavam em busca de partículas que poderiam se tornar um campo de Higgs, e eles pensaram que sua pesquisa poderia ser bem sucedida se conseguissem recriar as condições logo após o Big Bang. Nessas condições, podemos ver como as coisas como quarks e léptons se comportavam e se algo como o bóson de Higgs também foi criado para fornecer a massa que lhes permitiu agrupar em partículas compostas como prótons.

O Large Hadron Collider é como uma pista da NASCAR para enxames de prótons de corrida (e alguns íons pesados​​, também). Esses prótons correm em direções opostas ao redor da cerca de 27 km em círculo e se esbarram milhões de vezes por segundo. Quando eles colidem, as partículas compostas são pulverizadas em suas partes menores – os quarks e os léptons. A energia que é criada pode nos permitir ver partículas muito pesadas ​​criadas na colisão.

Aqui é onde começamos a “ver” coisas como o bóson de Higgs. Os detectores do LHC medem a energia e a carga das partículas que foram emitidas a partir das colisões entre os prótons. Os detectores são enormes – o maior deles no LHC tem 25 metros de altura e de largura. Eles precisam ser tão grandes porque ímãs gigantescos são utilizados para curvar o caminho das partículas.

Se nós curvarmos o caminho das partículas dentro de um campo magnético, podemos ver como elas reagem de forma diferente – algumas com muito alto ímpeto continuarão a andar em linha reta, aquelas com menor ímpeto irão espiralar firmemente. Então o momento é uma peça útil de informações que os investigadores e os físicos podem estudar quando tentam decifrar a identidade de uma partícula em particular.

Dispositivos de rastreamento em detectores são úteis também. Registros dos dispositivos de rastreamento de sinais eletrônicos que as partículas deixam para trás à medida que zumbem através do detector, permitem que um computador faça uma representação gráfica da trajetória da partícula.

Calorímetros dentro dos detectores também ajudam na identificação. Um calorímetro mede a energia que a partícula perde após a colisão, e absorve as partículas dentro do detector. Os físicos podem então estudar a radiação emitida das partículas, o que os ajuda a determinar alguns identificadores mais originais para partículas específicas.

Então, com o que o bóson de Higgs parece? Bem, odeio desapontar, mas a questão toda é que não podemos vê-lo. É uma pequena partícula, cara. Não seja louco. O que vemos em vez disso é, bem, gráficos. E dados. Todos esses dados barulhentos detalhando o caminho das partículas, energia, produtos de decaimento e outras coisas, são varridos por detectores e sintetizados em duros números frios. Esses números mostraram que um “excesso de eventos” indicaram a existência do Higgs.

Agora, não fique muito desapontado. Os caras do CERN sabem o que queremos: belas fotos que mostrem uma representação do bóson de Higgs. Se você quiser ver uma simulação gráfica das colisões, confira o site do CERN para algumas representações (muito gratificantes) do que o Higgs “parece” em ação.