Os fundamentos do bóson de Higgs - Dave Barney and Steve Goldfarb

Veja aula completa: http://ed.ted.com/lessons/the-basics-of-boson-dave-barney-and-steve-goldfarb

Em 2012, os cientistas do CERN descobriram evidências do bóson de Higgs. O quê? O bóson de Higgs é um dos dois tipos de partículas fundamentais e é um divisor de águas no campo da física de partículas, mostrando como as partículas ganham massa. Usando o método socrático, os cientistas do CERN, Dave Barney e Steve Goldfarb, explicam as implicações animadoras do bóson de Higgs.
Aula de Dave Barney and Steve Goldfarb, animação de Jeanette Nørgaard.

Dois caras entram em um barzinho.

É mesmo?

Não, sério.

Dois caras entram em um barzinho,

onde servem sorvete:

Dave, um físico que trabalha no Grande Colisor de Hádrons, no CERN,

o laboratório europeu para a física de partículas,

e Steve, um cantor de 'blues'.

"Dave, como vai?

"Steve, bom ver você!"

"Duas bolas de chocolate com amêndoas para mim."

"Shake de baunilha."

"Ei, acabei de ver algo sobre o LHC na tevê.

"Vocês acharam o (palhaço) Bozo nesse seu detector?"

"Bem, não exatamente.

Nós encontramos um bóson,

provavelmente o bóson de Higgs."

"O que é isso?"

"É uma partícula."

"Vocês não encontram partículas o tempo todo?"

"Sim, mas esta significa

que o campo de Higgs pode realmente existir."

"Campo? Que campo?"

"O campo de Higgs.

É chamado assim por causa de Peter Higgs,

ainda que muitos outros tenham contribuído com a ideia.

Não é um campo, como aquele em que você planta milho,

mas um campo de força hipotético e invisível

que atravessa o universo inteiro."

"Hum, ok.

Se atravessa o universo inteiro,

como é que nunca vi isso?

Meio estranho."

Bom, na verdade, não é tão estranho.

Pense no ar ao redor de nós.

Não podemos ver ou cheirar isso.

Bem, pode ser que em alguns lugares a gente possa.

Mas podemos detectar a presença com equipamento sofisticado,

como nossos corpos.

Então, o fato de que não podemos ver algo

apenas deixa um pouco mais difícil determinar

se isso está realmente lá ou não."

"Certo, continue."

"Aí, nós acreditamos que esse campo de Higgs está ao nosso redor,

em todos os lugares no universo.

E o que ele faz é bem especial --

ele dá massa para as partículas elementares."

"O que é uma partícula elementar?"

"Uma partícula elementar é o que chamamos

partículas que não têm estrutura,

elas não podem ser divididas,

elas são os blocos construtores elementares do universo."

"Eu achava que esses eram os átomos."

"Bom, na verdade, os átomos são feitos de componentes menores,

prótons, nêutrons e elétrons.

Elétrons são partículas fundamentais,

mas prótons e nêutrons não são.

Eles são feitos de outras partículas fundamentais chamadas quarks."

"Parece aquelas bonequinhas russas.

Tem fim?"

"De fato, não sabemos realmente.

Mas nosso conhecimento atual

é chamado de Modelo Padrão.

Nele, há dois tipos de partículas fundamentais:

os férmions, que formam a matéria,

e os bósons, que transportam forças.

Com frequência, ordenamos essas partículas

de acordo com as propriedades delas, como a massa.

Podemos medir as massas das partículas,

mas nunca soubemos realmente de onde essa massa vinha

ou por que elas têm as massas que têm."

"Então, como essa coisa do campo de Higgs explica massa?"

Bom, quando uma partícula passa pelo campo de Higgs,

ela interage e ganha massa.

Quanto mais interage, mais massa ela tem."

"Ok, meio que entendo isso, mas é assim tão importante?

Quero dizer, e se não houvesse o campo de Higgs?"

"Se não houvesse o campo de Higgs,

o mundo não existiria de jeito nenhum.

Não haveria estrelas, planetas, ar, nada,

nem mesmo essa bola de sorvete que você está tomando."

"Ah, isso seria ruim.

Ok, mas onde é que esse bóson de Higgs se encaixa nas coisas?"

"Certo, você vê a cereja no meu shake?"

"Posso pegar?"

"Não, ainda não. Temos que a usar como analogia primeiro."

"Ah, certo, a cereja é o bóson de Higgs."

"Não, não exatamente.

A cereja é uma partícula se movendo através do campo de Higgs, o shake.

O shake dá para a cereja a massa."

"Entendi. Ok, então as moléculas do shake são os bósons de Higgs!"

"Bom, você está chegando perto.

É preciso uma agitação do campo de Higgs

para produzir o bóson de Higgs.

Então, por exemplo, se eu fosse acrescentar energia,

digamos, ao deixar cair a cereja no shake,"

"Ah, então as gotinhas que espirram

são os bósons de Higgs."

"Quase! O borrifo em si é o bóson de Higgs."

"Você fala sério?"

"Bem, isso é o que a mecânica quântica nos ensina.

De fato, todas as partículas são agitações de campos."

"Ok, certo. Bom, meio que entendo por que você gosta da física de partículas,

é bem legal,

estranha, mas legal."

"É, você pode dizer que é um pouco estranho,

não é como a vida de todo dia.

O bóson de Higgs é uma agitação do campo de Higgs.

Ao encontrar o bóson de Higgs,

sabemos que o campo de Higgs existe."

"Certo. Então agora que vocês encontraram isso,

sabemos que o campo de Higgs existe.

Vocês devem ter terminado.

Sobrou alguma coisa da física das partículas?"

"Na verdade, acabamos de começar.

É um pouco como, sabe, quando Colombo pensou

que tinha descoberto uma nova rota para a Índia.

Ele, de fato, descobriu algo novo,

mas não bem o que ele estava esperando.

Então, primeiro, precisamos ter certeza de que o bóson que encontramos

é realmente o bóson de Higgs.

Parece que se encaixa, mas precisamos medir

suas propriedades para ter certeza."

"Como vocês fazem isso?"

"É preciso muito mais dados.

Esse novo bóson existe só por um tempo muito curto

antes de dividir-se

em partículas mais leves e estáveis.

Medindo essas partículas,

você entende as propriedades do bóson."

"E vocês estão procurando exatamente o quê?"

Bom, o Modelo Padrão prevê com que frequência

e de que maneiras o bóson de Higgs se dividiria

em várias partículas mais leves.

Então queremos ver se a partícula que encontramos

é aquela prevista pelo Modelo Padrão

ou se vai se encaixar em outros modelos teóricos possíveis."

"E se ela se encaixar em um modelo diferente?"

"Isso seria até mais entusiasmante!

Na verdade, é assim que a ciência avança.

Substituímos modelos velhos por novos,

se eles explicam melhor nossas observações."

"Certo, então parece que encontrar esse bóson de Higgs

dá uma direção para a exploração,

um pouco como Colombo dirigindo-se para oeste."

"Exatamente! E isso é realmente apenas o começo."