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Bóson de Higgs

Resumo

O episódio discute a intensa busca experimental pelo bóson de Higgs, uma partícula fundamental prevista pelo Modelo Padrão da física de partículas. Os físicos participantes apresentam os resultados preliminares anunciados pelo CERN em dezembro de 2011, onde os experimentos ATLAS e CMS observaram sinais promissores na região de massa entre 116 e 130 GeV, com um nível de confiança (sigma) que ainda não atingia o patamar de descoberta definitiva, mas gerava grande otimismo na comunidade científica.

A discussão se aprofunda na importância teórica do Higgs. Ele é explicado como o mecanismo responsável por gerar massa para as partículas fundamentais através da quebra espontânea de simetria da interação eletrofraca. Sem esse mecanismo, partículas como os bósons W e Z, mediadores da força nuclear fraca, não teriam massa, o que é incompatível com observações experimentais. O campo de Higgs, que permeia todo o universo, confere inércia (massa) às partículas que interagem com ele.

Os participantes traçam um panorama histórico, desde as ideias iniciais de Philip Anderson em 1962 até a formulação completa do mecanismo por Peter Higgs e outros em 1964, e sua incorporação na teoria eletrofraca por Weinberg e Salam em 1967. Eles também abordam os desafios experimentais, como a necessidade de procurar por um excesso de eventos em uma ampla faixa de energia, já que a massa do Higgs não era teoricamente predita, e a analogia de criar uma ‘ondulação’ no campo de Higgs através de colisões de alta energia no LHC.

Por fim, o episódio contextualiza o Higgs dentro do Modelo Padrão, listando os constituintes fundamentais (quarks, léptons e partículas mediadoras) e discutindo como a descoberta de novas partículas compostas, longe de representar uma regressão no conhecimento, na verdade confirma a estrutura subjacente proposta pela teoria. A busca pelo Higgs é apresentada como a peça final crucial para validar o arcabouço teórico que unifica as interações eletromagnética e fraca.

Indicações

Conceitos_Teoricos

  • Modelo Padrão — A teoria que descreve as partículas fundamentais e três das quatro forças da natureza (eletromagnética, forte e fraca). O bóson de Higgs é a peça final prevista por este modelo para explicar a origem da massa.
  • Quebra Espontânea de Simetria Eletrofraca — O processo pelo qual a simetria unificada das interações eletromagnética e fraca é ‘quebrada’, resultando em partículas mediadoras com massas diferentes (fóton sem massa, W e Z massivos). O mecanismo de Higgs é responsável por isso.

Experimentos

  • LHC (Large Hadron Collider) — O grande colisor de hádrons do CERN, onde prótons são acelerados a energias de 7 TeV para colidir e procurar por sinais do bóson de Higgs, criando ondulações no campo de Higgs.
  • ATLAS e CMS — Os dois principais experimentos no LHC dedicados à caçada do bóson de Higgs. Em dezembro de 2011, ambos apresentaram dados mostrando um excesso de eventos na região de 116-130 GeV.

Pessoas

  • Peter Higgs — Físico que, em 1964, foi um dos proponentes do mecanismo que leva seu nome para gerar massa através da quebra de simetria em teorias de calibre.
  • Philip Anderson — Físico que em 1962 propôs pela primeira vez a ideia de um mecanismo que contornava o problema de dar massa a partículas em teorias invariantes de calibre, precursor do mecanismo de Higgs.
  • Weinberg e Salam — Físicos que em 1967 incorporaram o mecanismo de Higgs na teoria eletrofraca, criando o que hoje é uma parte central do Modelo Padrão (modelo de Weinberg-Salam).

Linha do Tempo

  • 00:00:45 — Anúncio dos primeiros resultados do CERN em 2011 — Magno apresenta a notícia da reunião de dezembro de 2011 no CERN, onde os experimentos ATLAS e CMS mostraram os primeiros sinais do bóson de Higgs do Modelo Padrão. Os dados, coletados a 7 TeV, indicavam um excesso de eventos na região de massa entre 116 e 130 GeV. O nível de confiança estatística era de cerca de 3 sigma, ainda abaixo do 5 sigma necessário para uma descoberta formal, mas gerando otimismo para novos dados.
  • 00:05:00 — Contexto histórico e o dilema da massa nas teorias de calibre — Dmitry explica a origem histórica da ‘caçada’, remontando à necessidade de reconciliar a invariância de calibre (uma propriedade fundamental do eletromagnetismo) com a existência de partículas mediadoras massivas, como os bósons W e Z da força nuclear fraca. Ele introduz o conceito de que partículas sem massa, como o fóton, são uma consequência dessa simetria, criando o dilema teórico que o mecanismo de Higgs viria a resolver.
  • 00:11:04 — O mecanismo de Higgs e a quebra de simetria — A solução proposta é detalhada: o mecanismo de quebra espontânea de simetria, sugerido por Philip Anderson (1962) e desenvolvido por Peter Higgs e outros (1964). A ideia é que partículas originalmente sem massa adquirem massa ao interagir com um campo (o campo de Higgs) que preenche o universo. Uma analogia com nadadores em uma piscina é usada para ilustrar como a interação com esse campo confere inércia diferente a cada partícula.
  • 00:16:21 — Unificação eletrofraca e o papel do Higgs — Emerson complementa a discussão focando na unificação das interações eletromagnética e fraca. Ele explica que, na teoria unificada, as partículas mediadoras (fóton, W, Z) deveriam ter massas simétricas (nulas), mas experimentalmente W e Z são massivos. O Higgs é o responsável por ‘quebrar’ ou ‘ocultar’ essa simetria, gerando as massas observadas para W, Z e para todas as outras partículas fundamentais com massa, interagindo com elas de formas diferentes.
  • 00:22:11 — O Modelo Padrão e a proliferação de partículas — Os participantes listam os constituintes do Modelo Padrão: seis quarks, seis léptons (elétron, múon, tau e seus neutrinos) e as partículas mediadoras (fóton, glúons, W, Z). Eles discutem a aparente proliferação de partículas, explicando que muitas delas (mésons, bárions) são combinações de quarks, análogas aos átomos na tabela periódica. A descoberta dessas combinações serve para testar e confirmar a estrutura subjacente do modelo.

Dados do Episódio

  • Podcast: Fronteiras da Ciência
  • Autor: Fronteiras da Ciência/IF-UFRGS
  • Categoria: Science
  • Publicado: 2012-05-22T03:00:05Z

Referências

Dados do Podcast

Transcrição

[00:00:00] Este é o programa Fronteiras da Ciência, da Rádio da Universidade, onde discutiremos

[00:00:09] os limites entre o que é ciência e o que é mito.

[00:00:15] Hoje no programa Fronteiras da Ciência, a gente vai discutir a caçada pelo bóson

[00:00:20] de Higgs, ou a caçada do bóson de Higgs.

[00:00:23] Participam do programa os físicos de partículas, o professor Dmitry Radmyshev.

[00:00:30] O professor Magno Machado e o professor Emerson Luna, do Instituto de Física da URGS e o

[00:00:36] Marco de Arte, do Instituto de Física da URGS.

[00:00:38] Então eu vou passar a palavra para o Magno e ele vai dar a notícia, bom, a notícia

[00:00:43] que era muito esperada.

[00:00:45] Pois é, então no ano passado, em dezembro, especificamente dia 13, 2011, ano passado,

[00:00:51] em dia 13 de dezembro, houve uma reunião conjunta no CERN para dar a primeira cobertura

[00:00:58] pública dos dados.

[00:01:00] Os dados do mês de 2011 e a caçada do Higgs lá no LHC, na energia de 7 TeV, né?

[00:01:05] 7 TeV e 7…

[00:01:06] Tera e eletrovolts.

[00:01:08] Então a gente está usando aí como energia, como unidade de energia eletrovolt, que é

[00:01:12] o usual em físico de partículas, porque a gente está sempre usando aceleradores,

[00:01:15] que basicamente aceleram partículas carregadas e partículas carregadas…

[00:01:18] E Tera é quanto?

[00:01:20] 10 na 12, né?

[00:01:22] 10 na 12 eletrovolts.

[00:01:24] Então a gente está usando aceleradores e a gente acelera partículas carregadas que

[00:01:28] têm cargas…

[00:01:30] Números inteiros aí da carga do elétron, então sujeito à diferença de potenciais

[00:01:33] que são em volts.

[00:01:35] Então é natural usar a energia em eletrovolt, que seria a energia cinética de uma partícula

[00:01:39] que tem carga E, a carga do elétron, sujeito à diferença de potencial de 1 volt, né?

[00:01:45] Isso dá 1 eletrovolt.

[00:01:46] Bom, aí a notícia era a seguinte, os dois grupos experimentais que estavam analisando

[00:01:50] essa caça, o Higgs, né?

[00:01:52] Que são os experimentos ATLAS e CMS, eles mostraram lá o resultado dessa primeira rodada

[00:01:59] de caçada, né?

[00:02:00] E eles viram sim sinais da existência de Higgs tipo modelo padrão.

[00:02:06] O pessoal vai falar que pode existir Higgs não modelo padrão, né?

[00:02:11] Mas por enquanto o pessoal está castando modelo padrão, o Higgs proposto pelo modelo padrão,

[00:02:16] massa e as características nesse modelo padrão.

[00:02:19] Bom, aí o sinal foi claro, só que a massa ainda é pequena comparado com o que eles

[00:02:25] estavam esperando, né?

[00:02:28] Do onde deveria se olhar.

[00:02:29] A preferência no experimento dos picos observados são entre 116 e 130, máximo, 130, 127 GeV

[00:02:42] para a massa esperada do bóson de Higgs, né?

[00:02:44] Isso em massa de próton, quando…

[00:02:46] Bom, a massa de repouso do próton é da ordem de 1 GeV, um pouquinho menos que 1 GeV.

[00:02:50] Então é com cento e poucas vezes a massa de 1 próton.

[00:02:53] Exatamente.

[00:02:54] Os dados do ATA são mais precisos, eles usam os canais que são bem precisos com relação

[00:02:59] à massa invariante do processo, né?

[00:03:01] E o CMS fez uma análise mais combinada de vários tipos de processos produzindo um certo

[00:03:06] status final lá com essa massa invariante.

[00:03:08] Mas a ideia é que eles já têm um…

[00:03:10] O sinal já tem uma significância estatística, mas ainda não tem um status de descoberta.

[00:03:17] Então para a descoberta eles necessitariam…

[00:03:18] Quer dizer, é uma evidência mais…

[00:03:20] É uma evidência forte…

[00:03:21] Mas para ter segurança eles têm que fazer muito mais testes.

[00:03:24] Para ter muito mais testes você tem que ter um número maior, né?

[00:03:27] Maior estatística.

[00:03:29] É uma maneira que você chegue no que eles chamam de nível de confiança de 5 sigma.

[00:03:32] Por enquanto eles têm…

[00:03:34] Os dados que mostraram ano passado era 3 sigma de nível de confiança.

[00:03:38] Eu sei que agora eles já chegaram ao 4.3 sigma e o pessoal está otimista no CERN que

[00:03:45] eles dizem que…

[00:03:46] Notíciam que até o final do ano, nessa nova rodagem do aparelho, até o final do ano eles

[00:03:51] vão conseguir estatísticas suficientes até para cruzar os 5 sigma.

[00:03:55] Então, Magno, tu acha que o bauzo de Higgs já está batido o martelo?

[00:03:58] Pelo menos…

[00:03:58] Pelo menos…

[00:03:58] Pelo menos…

[00:03:58] Pelo menos…

[00:03:59] Pelo menos…

[00:03:59] Pelo menos…

[00:03:59] Pelo menos o Higgs com essa massa e com essas características eles têm muita esperança,

[00:04:04] ou seja, o pessoal está bem otimista que nessa região de massa existe provavelmente

[00:04:09] um Higgs produzindo esses eventos, né?

[00:04:14] Porque a…

[00:04:15] Como é que é que eles determinam experimentalmente que tem um sinal de Higgs e na verdade eles

[00:04:19] procuram por um excesso de eventos numa certa região de massa.

[00:04:23] Então eles têm, claro, uma técnica Monte Carlo que reproduz todos os eventos possíveis

[00:04:26] com essa mesma característica, ou seja…

[00:04:28] Eventos com essa massa, gerados com essa massa e com uma certa característica.

[00:04:34] E se tem excesso, eles simulam todos os processos que podem ser gerados por processos do modelo

[00:04:40] padrão que não envolvem Higgs e o que sobrar é devido ao Higgs.

[00:04:43] O pessoal checa se esse sinal a mais está dentro de uma configuração possível para

[00:04:50] uma radiação de Higgs e o pessoal está otimista que sim.

[00:04:54] Por que que é uma caçada?

[00:04:56] Vou pedir para o Dmitry explicar um pouquinho.

[00:04:57] Por que que isso é uma caçada?

[00:05:00] Bom, na realidade eu estava agora mesmo me lembrando de Isaac Newton, né?

[00:05:04] Ele…

[00:05:05] Nosso amigo aqui.

[00:05:06] Nosso amigo conhecido.

[00:05:07] Todos nós físicos conhecidos.

[00:05:09] E ele uma vez tinha dito…

[00:05:11] Foi perguntado como é que ele conseguiu fazer tantas descobertas importantes e ele resumiu

[00:05:16] dizendo que ele estava apoiado em ombros de gigantes, né?

[00:05:19] Ou seja, no fundo o processo não sai do nada.

[00:05:23] Isso tem toda uma trajetória histórica, né?

[00:05:26] Então…

[00:05:27] Se a gente for ver o porquê dessa caçada, onde que ela começa, começa realmente há

[00:05:31] muito tempo atrás, né?

[00:05:33] Quando se compreendeu a melhor teoria de campos que se tinha na época.

[00:05:37] Mas o que é uma teoria de campos?

[00:05:38] Uma teoria onde você…

[00:05:40] Eu vou dar um exemplo, né?

[00:05:41] O eletromagnetismo, né?

[00:05:42] Uma carga elétrica que todo estudante de ensino médio conhece, gera um campo elétrico

[00:05:46] e existem forças associadas a esse campo, né?

[00:05:50] Bom, mas no eletromagnetismo tem a propriedade de que diferenças de potencial produzem correntes

[00:05:56] elétricas, né?

[00:05:56] Então…

[00:05:57] Então, eu costumo dizer, e isso às vezes até não é muito enfatizado no ensino médio,

[00:06:02] que o potencial em si não tem uma grandeza absoluta, né?

[00:06:07] Então, isso quer dizer, onde você diz que é o zero da tua escala, é indiferente.

[00:06:13] Então, na realidade, ele é invariante, né?

[00:06:15] Como se diz a escolha desse ponto, né?

[00:06:19] Então, tem um nome técnico aí de invariança de calibre que o eletromagnetismo tem que

[00:06:24] ter justamente porque o potencial tem essa liberdade de…

[00:06:27] Escolha, né?

[00:06:28] Então, por que eu estou fazendo uma referência a isso?

[00:06:30] Porque está intimamente ligado a um outro aspecto do eletromagnetismo.

[00:06:35] Quando foi feita a descoberta da mecânica quântica e mais tarde a versão quântica

[00:06:40] do eletromagnetismo, se descobriu que, na realidade, uma onda eletromagnética composta

[00:06:45] por fótons, que são as partículas…

[00:06:47] São partículas, né?

[00:06:48] Partículas, então tem…

[00:06:48] Essa é a visão moderna do eletromagnetismo.

[00:06:51] Do eletromagnetismo, sim.

[00:06:51] Antes se achava que era uma onda contínua no espaço, né?

[00:06:54] Exatamente.

[00:06:55] Variações de campos.

[00:06:57] Isso.

[00:06:57] Em todos os pontos do espaço e tem essa nova visão que seriam partículas.

[00:07:02] Partículas e tem inúmeros experimentos que são estudados de interação de radiação

[00:07:08] com a matéria que demonstram a interação de partícula com partícula, né?

[00:07:13] Mas se você leva isso seriamente, que você tem que reconciliar essa propriedade fundamental

[00:07:17] de invariança de calibre, ou seja, a escolha livre que eu tenho do valor do potencial,

[00:07:24] com o fato do fóton não ter…

[00:07:27] ter massa, ou melhor, ter massa, se a gente inclui uma massa, a gente vê que se o fóton

[00:07:33] tivesse massa, essa propriedade seria perdida, né?

[00:07:36] Então é uma demonstração ao contrário.

[00:07:38] O fato do fóton não ter massa é uma decorrência do fato da teoria ter essa liberdade de escolha

[00:07:44] do zero do potencial, né?

[00:07:46] Então isso é uma coisa boa, né?

[00:07:47] Isso é uma coisa que as próximas teorias que foram sendo construídas a seguir acabaram

[00:07:53] incorporando.

[00:07:54] E aí a gente chega…

[00:07:54] Quer dizer, o que elas incorporam é que se tem massa…

[00:07:57] Se tem massa, não tem invariança de calibre.

[00:07:58] Exato.

[00:07:59] Não, a ideia é da invariança de calibre, né?

[00:08:01] Então, na realidade, no século XX, aí foi o século das descobertas de forças microscópicas

[00:08:07] e aí esse assunto do Higgs está ligado às forças nucleares, basicamente, né?

[00:08:11] Então, no século XX, se descobriu duas forças nucleares, a forte e a fraca.

[00:08:15] Nomes esquisitos para forças.

[00:08:17] É, para forças…

[00:08:18] Então, na realidade, para resumir como é que elas funcionam, a força nuclear forte

[00:08:23] é responsável pela ligação dos…

[00:08:27] Os prótons e nêutrons dentro do núcleo, enquanto que a fraca está ligada a muitos

[00:08:31] tipos de decaimento, em particular o decaimento beta, né?

[00:08:34] Bastante conhecido, né?

[00:08:35] Então, ambas essas forças foram possíveis serem descritas por teorias que eram invariantes

[00:08:41] de calibre, né?

[00:08:43] Só que tem um problema, né?

[00:08:44] Um problema que se a gente acredita mesmo que a teoria quântica é a descrição correta

[00:08:49] e microscópica, a teoria quântica diz assim, que a força entre qualquer partícula é

[00:08:55] dada por uma troca de uma outra partícula.

[00:08:57] E como a força nuclear fraca, que é a que a gente vai discutir mais em detalhe, é de

[00:09:03] curtíssimo alcance, isso significa o quê?

[00:09:06] Significa que essa partícula trocada, esse mediador, tem que carregar massa, o que é

[00:09:12] diferente do fóton.

[00:09:13] O fóton é de longo alcance…

[00:09:14] Quer dizer, a massa tem a ver com o tempo de vida dela?

[00:09:17] Aproximadamente isso, né?

[00:09:19] E o alcance da interação.

[00:09:21] Então, por exemplo, o fóton tem alcance infinito e a gente sabe que pela lei de Coulomb

[00:09:26] vai até infinito.

[00:09:27] Porque ele não tem massa, né?

[00:09:28] A presença de massa limita o alcance que essa interação pode se propagar, né?

[00:09:33] Então, agora a gente está diante de um problema, né?

[00:09:35] As experiências mostravam, então, que a interação fraca era de muito curto alcance, a ponto

[00:09:41] do Fermi definir uma primeira teoria, que é chamada de teoria de contato, em que, na

[00:09:49] realidade, a reação eletrofraca se dava praticamente com superposição total das

[00:09:56] partículas, né?

[00:09:57] Mais tarde, se descobriu que, na realidade, existia uma possibilidade de introduzir um

[00:10:01] bóson extremamente pesado, assim, uma partícula parecida com o fóton, que era responsável

[00:10:06] por essa…

[00:10:06] Isso gera uma coisa muito interessante, né?

[00:10:09] Que tu tem uma interação entre duas partículas intermediada por uma partícula muito maior

[00:10:14] do que as partículas que estão interagindo.

[00:10:16] É, aí isso vai dar, na realidade, um alcance para essa interação ser muito pequena, né?

[00:10:21] Só que isso traz o grande dilema e aí nós estamos chegando perto da ideia do bóson

[00:10:26] de Higgs, né?

[00:10:27] Como a gente pode ter, ao mesmo tempo, uma partícula pesada, ou seja, pesada eu quero

[00:10:33] dizer que ele tem massa, né?

[00:10:35] E sendo trocada entre outras, né?

[00:10:38] E preservar a invariência de calibre.

[00:10:40] Então, as coisas são incompatíveis.

[00:10:43] Se tu dá massa para a partícula, a invariência de calibre é perdida.

[00:10:46] E aí tu está meio que te afastando do paradigma do eletromagnetismo, né?

[00:10:51] Bom, aí isso foi um dilema, né?

[00:10:53] De como reconciliar essas visões teoricamente, né?

[00:10:57] Então, em 1962, a primeira proposta foi de um físico chamado Philip Anderson, né?

[00:11:04] Ele propôs a ideia de que existia um mecanismo que contornava isso, né?

[00:11:09] Na realidade, a gente podia imaginar que as partículas, originalmente, nenhuma tinha massa,

[00:11:15] mas elas iam adquirir massa por uma quebra de simetria, tá?

[00:11:19] Então, a quebra de simetria na física é uma coisa importante porque tu tem, imagina

[00:11:23] um sistema, originalmente, com um certo grau de simetria.

[00:11:27] Quando ele sofre a quebra de simetria, aparece a diversidade, né?

[00:11:31] Então, na realidade, o Philip Anderson foi o primeiro, em 1962, e mais tarde, seis físicos

[00:11:37] em três grupos diferentes, né?

[00:11:39] Em 1964, propuseram esse mecanismo com mais detalhe, né?

[00:11:44] E um deles foi o Peter Higgs, tá?

[00:11:46] Então, aí vem o nome do bósson de Higgs matizado em termos dele, né?

[00:11:52] E em 1966, o Higgs fez mais estudos, estendeu isso para estudar outras propriedades,

[00:11:57] dessa teoria

[00:11:58] e finalmente porque que ganha

[00:12:01] grande sucesso é que esse mecanismo então

[00:12:03] permite

[00:12:03] gerar massa

[00:12:06] através de um processo de quebra de simetria

[00:12:08] é uma coisa bastante técnica

[00:12:10] mas a quebra de simetria é uma ideia interessante

[00:12:12] porque por exemplo, eu acho que o ouvinte pode

[00:12:15] ver uma explicação bem simples

[00:12:17] porque tem que existir, por exemplo se o universo

[00:12:19] fosse completamente simétrico

[00:12:21] depois do Big Bang a gente não teria

[00:12:23] galáxias, não teria

[00:12:25] nenhum tipo de

[00:12:27] átomo nem molécula, seria uma

[00:12:29] grande geleia cósmica

[00:12:30] então a ideia assim é como é que a

[00:12:33] massa vem, então na realidade a ideia é que

[00:12:35] vamos pensar uma

[00:12:36] fazer uma imagem assim

[00:12:38] ocorreu o Big Bang, logo em

[00:12:41] seguida do Big Bang esse campo

[00:12:43] que é chamado campo de Higgs

[00:12:45] preenche todo o universo

[00:12:46] ele condensou

[00:12:48] no seu estado de mais baixa

[00:12:51] energia e todas as demais

[00:12:53] partículas que existem

[00:12:54] interagem com esse campo de Higgs

[00:12:56] é como, a gente pode fazer uma imagem

[00:12:58] de uma piscina

[00:13:00] onde tem um nadador, tem mais de um

[00:13:02] nadador nadando para essa piscina, então cada um vai

[00:13:04] interagir de maneira diferente

[00:13:05] vai ter inércias maiores ou menores

[00:13:08] para atravessar essa piscina

[00:13:10] então essa

[00:13:12] maneira como as partículas mergulhadas

[00:13:14] no campo de Higgs interagem com o campo

[00:13:16] é o que a gente chama de massa

[00:13:18] se você conseguisse de alguma

[00:13:20] maneira drenar o universo do Higgs

[00:13:23] todas as partículas sairiam voando

[00:13:24] a velocidade da luz

[00:13:25] virariam fótons ou alguma coisa assim

[00:13:27] tipo fótons

[00:13:28] então o que o LHC quer fazer

[00:13:32] já que é um campo

[00:13:33] estático, vamos dizer assim

[00:13:35] e contínuo em todo

[00:13:38] espaço, ele quer colidir

[00:13:40] prótons com bastante energia

[00:13:42] e criar uma ondulação nesse campo de fundo

[00:13:44] só que essa ondulação

[00:13:46] ela não vai durar muito tempo

[00:13:47] ela vai decair

[00:13:49] e o problema é que ela decai em partículas

[00:13:51] parecidas com aquela da colisão original do próton

[00:13:54] por isso que vira uma caçada

[00:13:56] então está misturado

[00:13:58] efeitos que são puramente da colisão

[00:14:00] dos dois prótons

[00:14:02] e produção de outras partículas

[00:14:04] com essa ondulação no fundo do campo de Higgs

[00:14:06] tu tinha falado em algum momento

[00:14:11] que não se sabia

[00:14:13] que massa era

[00:14:15] e isso também

[00:14:16] qual é a massa certa

[00:14:18] não existe uma previsão teórica do valor dessa massa

[00:14:21] e isso faz a experiência ficar mais complicada

[00:14:24] por que?

[00:14:25] não sei

[00:14:27] o Emerson queria

[00:14:28] por que fica mais complicada

[00:14:30] a experiência se tu não sabe a massa

[00:14:33] que tu está procurando

[00:14:34] na verdade eu queria só complementar coisas

[00:14:36] que o Dmitry e o Magno falaram

[00:14:39] porque senão não sobra nada pra mim

[00:14:40] pra eu falar

[00:14:42] eu tenho que fazer a propaganda

[00:14:44] dizer que esse é o programa Fronteiras da Ciência

[00:14:46] a gente está discutindo a caçada

[00:14:48] do bóson de Higgs

[00:14:50] e o nosso site é o www

[00:14:53] www.front.com

[00:14:54] www.frontdasciencia.org.br

[00:14:57] mas depois edita

[00:14:59] mas o que tu ia complementar?

[00:15:00] antes de responder a pergunta

[00:15:03] pra eu poder falar um pouco

[00:15:04] só complementando que

[00:15:08] primeiro

[00:15:11] realçando o conceito de massa

[00:15:13] pra partículas

[00:15:15] porque como o Dmitry falou

[00:15:17] se não houvesse massa

[00:15:18] se as partículas tivessem massa

[00:15:20] o universo seria um caldo

[00:15:22] cheio de partículas

[00:15:24] com velocidade

[00:15:24] com velocidade da luz

[00:15:25] radiação pura

[00:15:26] seria uma beleza

[00:15:28] então as partículas sem massa

[00:15:30] não poderiam interagir umas com as outras

[00:15:33] então você não teria, por exemplo, formação de moléculas

[00:15:35] elas não poderiam se ligar

[00:15:37] e se você não tem formação de moléculas

[00:15:39] você não tem formação de planetas, de estrelas, nem de vida

[00:15:42] então a massa nesse sentido

[00:15:44] é um conceito fundamental

[00:15:46] pra nossa existência

[00:15:47] me lembrei de uma coisa que também me chama a atenção

[00:15:50] porque se diz que

[00:15:51] eu não sou especialista da área

[00:15:54] então

[00:15:54] apesar de ser físico

[00:15:55] eu olho de muito distante tudo isso

[00:15:57] e aí, por exemplo, você fala assim

[00:15:59] o Higgs

[00:16:01] dá a massa

[00:16:04] para as outras partículas

[00:16:06] mas ele mesmo tem massa

[00:16:07] de onde vem a massa dele?

[00:16:09] bom, a questão da massa dele tem a ver

[00:16:11] isso é uma pergunta que faz sentido

[00:16:13] não, tem sentido sim

[00:16:15] aí eu vou então aproveitar o gancho do Dmitry

[00:16:17] que falou de eletromagnetismo

[00:16:19] pra falar uma coisa que é justamente

[00:16:21] o que os físicos chamam de simetria eletrofrágica

[00:16:24] então qualquer físico

[00:16:25] que trabalha com Higgs

[00:16:27] essa palavra simetria eletrofrágica

[00:16:29] ele fala pelo menos umas 100 vezes por dia

[00:16:31] tá certo?

[00:16:32] mas aqui nesse programa só se fala se se explica

[00:16:34] e mais importante do que a simetria

[00:16:39] eletrofrágica é a quebra da simetria eletrofrágica

[00:16:42] então como você mesmo disse

[00:16:44] nós somos filhos

[00:16:46] de uma quebra de simetria

[00:16:47] então mais importante que as simetrias na física

[00:16:49] as quebras são

[00:16:51] então no esquema

[00:16:54] primeiro

[00:16:54] em algum momento a gente vai falar do modelo padrão

[00:16:57] o que que é

[00:16:58] o que que pretende ser o modelo padrão

[00:17:00] mas no modelo padrão

[00:17:03] primeiro, nós conhecemos hoje

[00:17:05] quatro interações na natureza

[00:17:07] a gravitacional, a eletromagnética

[00:17:09] a fraca e a forte já introduzidas pelo Magno

[00:17:11] e pelo Dmitry

[00:17:12] existe um esquema

[00:17:15] em que você consegue unificar

[00:17:16] a interação eletromagnética com a interação fraca

[00:17:19] o esquema é um formalismo

[00:17:21] científico

[00:17:22] é um formalismo científico

[00:17:24] temático

[00:17:24] que diz como as coisas estão ligadas

[00:17:26] como você pode

[00:17:27] inscrever essas duas interações

[00:17:29] e enxergar elas como uma só

[00:17:31] essa nova interação é chamada

[00:17:32] a interação eletrofraca

[00:17:34] sim, parecido com o que

[00:17:36] porque em um certo momento

[00:17:37] a eletricidade e o magnetismo

[00:17:41] eram considerados

[00:17:42] até no segundo raio

[00:17:43] eram consideradas coisas diferentes

[00:17:45] depois no século XIX

[00:17:47] se viu que eram a mesma

[00:17:49] duas faces da mesma coisa

[00:17:51] o Maxwell seria a teoria unificada do eletromagnetismo

[00:17:54] é justamente nesse sentido

[00:17:57] só que no esquema

[00:17:59] que nós conhecemos hoje

[00:18:01] de teoria quântica de campos

[00:18:03] para você unificar

[00:18:05] o eletromagnetismo

[00:18:06] e a interação fraca

[00:18:09] as partículas

[00:18:11] bom, primeiro, para toda interação

[00:18:13] para todo campo tem relacionado uma partícula

[00:18:15] então o campo eletromagnético

[00:18:17] está relacionado ao fóton

[00:18:18] então o fóton seria o quanta

[00:18:21] seria a partícula de troca

[00:18:23] responsável para que

[00:18:24] corpos carregados sofram interação

[00:18:26] na interação fraca

[00:18:28] nós temos os chamados

[00:18:29] as partículas W

[00:18:30] e a partícula Z

[00:18:33] Z é neutra e W são carregados

[00:18:35] nesse esquema de unificação

[00:18:37] a princípio

[00:18:40] as massas

[00:18:43] dessas partículas

[00:18:43] que vão ser agora

[00:18:45] as partículas responsáveis

[00:18:47] por essa única interação unificada

[00:18:49] que é a eletrofraca

[00:18:50] elas teriam que ter massas simétricas

[00:18:52] teriam que ter massas iguais

[00:18:54] mais especificamente

[00:18:55] teriam que ser massas nulas

[00:18:57] só que experimentalmente

[00:18:58] a gente vê que o fóton não tem massa

[00:19:00] mas os W e os Z tem massa

[00:19:03] e uma massa que não é tão pequena

[00:19:05] bom, e aí?

[00:19:07] e aí que

[00:19:08] é isso que se chama

[00:19:10] a quebra da simetria eletrofraca

[00:19:12] a quebra da simetria eletrofraca

[00:19:14] é das massas

[00:19:15] de cara você já vê que há essa quebra

[00:19:18] que as massas não são iguais

[00:19:19] bom, e aí?

[00:19:22] e aí que na linguagem dos físicos

[00:19:24] você precisa de alguma coisa

[00:19:26] para

[00:19:27] quebrar essa simetria

[00:19:30] e alguma coisa que oculta essa simetria

[00:19:32] então o Higgs é justamente

[00:19:34] o cara que faz isso daí

[00:19:35] então na linguagem dos físicos

[00:19:38] a simetria está oculta

[00:19:40] através da introdução de um boson

[00:19:42] chamado boson de Higgs

[00:19:43] então ele é o grande responsável pela quebra

[00:19:46] acredita-se que ele seja o grande responsável

[00:19:48] pela quebra dessa simetria

[00:19:49] e da geração das massas dos W e dos Z

[00:19:52] mas mais importante

[00:19:54] a princípio ele seria

[00:19:55] o responsável pela geração

[00:19:58] de massas de todas as partículas existentes

[00:20:00] porque ele não se acopla

[00:20:02] só com essas partículas

[00:20:03] ele de alguma maneira interage com todas as partículas

[00:20:06] que hoje nós acreditamos ter massa

[00:20:08] incluindo o fóton

[00:20:10] o fóton não tem massa

[00:20:12] sim, mas ele interage igual

[00:20:14] existe acoplamento Higgs-fóton

[00:20:16] sim

[00:20:17] não tem em termos de massa no granjando quebrado

[00:20:20] mas há interação

[00:20:22] há acoplamento, existe

[00:20:23] exatamente

[00:20:24] então essa é a explicação

[00:20:29] de por que

[00:20:29] esse boson está ligado

[00:20:33] com a geração da massa

[00:20:33] por que ele tem a sua própria massa

[00:20:35] a origem da massa dele

[00:20:37] é porque tem

[00:20:38] na teoria ele interage com si mesmo

[00:20:42] é uma auto-interação

[00:20:43] você tem auto-interação

[00:20:44] e a minha pergunta

[00:20:48] sobre por que é mais difícil medir

[00:20:49] quando não sabe a massa

[00:20:50] a princípio

[00:20:54] em princípio eu acho que não seria mais difícil medir

[00:20:56] o que acontece é que você tem

[00:20:58] digamos

[00:20:59] vários candidatos ao que aconteceria

[00:21:02] se o Higgs existisse

[00:21:03] ou seja, você tem vários processos que você pode olhar

[00:21:06] para tentar inferir

[00:21:08] a existência do Higgs ou não

[00:21:10] e dependendo

[00:21:12] da massa do Higgs

[00:21:14] esses processos vão acontecer em uma certa

[00:21:16] região de energia ou não

[00:21:18] então para eu ajustar a energia

[00:21:20] do meu colisor

[00:21:22] eu tenho que saber mais ou menos o que estou procurando

[00:21:23] você tem que saber mais ou menos o que estou procurando

[00:21:23] você tem que saber mais ou menos o que estou procurando

[00:21:24] eu tenho que saber mais ou menos, exatamente

[00:21:25] pelo menos ter uma ideia

[00:21:26] da ordem e grandeza da massa do Bosa

[00:21:30] do Higgs

[00:21:31] e como é que foi a história

[00:21:34] dessa busca

[00:21:34] até agora

[00:21:36] bom, na realidade

[00:21:40] quando foi proposto

[00:21:42] originalmente a teoria

[00:21:43] começou com o Higgs

[00:21:45] naqueles artigos de 64

[00:21:48] 64

[00:21:49] em 67

[00:21:51] em 67 o Weinberg

[00:21:52] e o Salam

[00:21:53] eles incorporam essa ideia do Higgs

[00:21:56] no que o Emerson estava comentando aqui

[00:21:59] junto com a ideia da quebra espontânea de simetria

[00:22:01] no que hoje é chamado de modelo padrão

[00:22:03] teoria eletrofraca

[00:22:05] ou em alguns livros textos

[00:22:06] chama de modelo de Weinberg-Salan

[00:22:08] então na realidade

[00:22:11] esse modelo hoje em dia

[00:22:12] resumidamente

[00:22:14] quem são os constituintes do modelo

[00:22:16] então ele basicamente diz que tem

[00:22:18] os quarks

[00:22:19] que são os nossos seis quarks conhecidos

[00:22:22] tem os três quarks que são os quarks conhecidos

[00:22:23] tem os três quarks conhecidos

[00:22:23] tem os três leptons que é o elétron

[00:22:25] o muon e o tau

[00:22:26] e mais os neutrinos associados

[00:22:28] bom

[00:22:29] quantos são?

[00:22:30] os neutrinos são três

[00:22:32] mas quantos são no total?

[00:22:34] neutrino mais o antineutrino

[00:22:36] daria três mais três dá seis

[00:22:38] só que claro que

[00:22:40] eles vêm sempre em parzinhos

[00:22:43] o elétron tem o seu neutrino

[00:22:45] que forma um par

[00:22:47] o muon tem o seu neutrino

[00:22:50] que forma também um parzinho

[00:22:51] eles vêm sempre casados esses dois

[00:22:53] o neutrino com o seu respectivo lepton

[00:22:55] muito bem

[00:22:57] mas então

[00:22:58] fora esses aí

[00:23:00] também tem os mediadores

[00:23:01] como o Emerson comentou

[00:23:04] que são os W’s

[00:23:06] o Z

[00:23:06] o Foton

[00:23:07] e os gluons

[00:23:08] os gluons é uma palavra bonitinha

[00:23:10] as colinhas

[00:23:12] as colinhas que grudam

[00:23:13] no caso não a interação fraca

[00:23:16] que a gente está comentando aqui

[00:23:17] mas são responsáveis pela força nuclear forte

[00:23:20] então isso é o que basicamente

[00:23:22] é o esquema do modelo parcializado

[00:23:23] padrão

[00:23:24] só que

[00:23:24] correndo por fora desse esquema

[00:23:26] então tem o tal do Higgs

[00:23:28] então o Higgs

[00:23:28] então como o Emerson comentou

[00:23:30] dá massa para todos esses sujeitos

[00:23:32] mas em um certo sentido

[00:23:34] a teoria unificada

[00:23:34] ela está sendo corroborada

[00:23:37] tempo a tempo

[00:23:38] por exemplo os bosnos

[00:23:39] quando eles propuseram

[00:23:40] que eles tinham que ser massivos

[00:23:42] eu acho que até estimaram a massa

[00:23:43] de quanto é que tinha que ser

[00:23:45] isso foi nos anos 60

[00:23:47] só nos anos 85

[00:23:49] é que foi verificado experimentalmente

[00:23:52] a evidência

[00:23:52] ou a descoberta

[00:23:53] experimental dos

[00:23:55] dos bosons W

[00:23:56] acho que o Z também

[00:23:57] o Z0

[00:23:58] na intercorrente neutra

[00:24:00] final dos anos 70

[00:24:01] início dos anos 80

[00:24:02] a teoria previu

[00:24:04] a existência dessas partículas

[00:24:06] com uma certa massa

[00:24:07] e duas décadas depois

[00:24:09] ou uma década depois

[00:24:10] essas massas

[00:24:12] e esse tipo de partícula

[00:24:13] foi identificada realmente

[00:24:14] do ponto de vista experimental

[00:24:16] então

[00:24:17] está dando uma boa senda

[00:24:19] está dando uma boa senda

[00:24:20] eu vou fazer

[00:24:21] posso fazer aqui

[00:24:21] já que tu introduziu isso

[00:24:23] fazer a minha pergunta

[00:24:23] que é aquela pergunta de sempre

[00:24:25] em certo momento

[00:24:27] todo mundo estava satisfeito

[00:24:28] que o universo era feito

[00:24:30] de prótons, nêutrons, elétrons e fótons

[00:24:32] de alguma forma

[00:24:33] alguma coisa assim

[00:24:34] e se sabia que

[00:24:35] se achava que tinha

[00:24:37] estava bem explicado as coisas

[00:24:39] porque os átomos seriam combinações

[00:24:41] de diversas

[00:24:42] quantidades dessas

[00:24:45] dessas três

[00:24:46] três entidades

[00:24:48] e a luz seria a foto

[00:24:51] e bom

[00:24:52] aí o pessoal resolveu

[00:24:53] estudar

[00:24:53] estudar mais

[00:24:54] e foram aparecendo cada vez mais partículas

[00:24:57] cada vez mais partículas

[00:24:59] então pode parecer que a gente está

[00:25:01] aprendendo

[00:25:02] como é que eu vou dizer

[00:25:03] regrediu

[00:25:04] regrediu

[00:25:05] indo na direção do conhecimento

[00:25:06] será que a gente está voltando em direção

[00:25:08] à tabela periódica de novo

[00:25:09] então em que sentido

[00:25:11] essa é uma pergunta

[00:25:12] é uma pergunta

[00:25:13] é um desafio leigo

[00:25:14] digamos assim

[00:25:15] em que sentido a gente está entendendo mais do universo

[00:25:18] quando de repente começa a aparecer mais variabilidade

[00:25:21] naquilo que a gente considera o universo

[00:25:22] naquilo que a gente considera o universo

[00:25:23] fundamental

[00:25:24] eu acho um pouco

[00:25:25] que também o universo está se mostrando mais

[00:25:27] e aí você para salvar as aparências instrumentais

[00:25:29] tem que também

[00:25:29] introduzir conceitos novos

[00:25:32] isso quer dizer então que

[00:25:34] de alguma forma

[00:25:34] se eu tiver aceleradores mais

[00:25:37] mais poderosos

[00:25:38] aí vou achar estrutura nos quarks

[00:25:40] e vou continuar indo

[00:25:41] vou continuar indo

[00:25:42] e cada vez mais partículas

[00:25:42] eu não sei se vai acontecer

[00:25:44] mas digamos assim

[00:25:45] por que que agora

[00:25:47] prolifera

[00:25:48] o número de partículas sendo descobertas

[00:25:51] na realidade tem que ver quais são as partículas

[00:25:52] que você está falando

[00:25:53] por exemplo

[00:25:55] os átomos

[00:25:56] se você for olhar para a tabela periódica

[00:25:58] tem centenas de átomos

[00:26:00] mas na realidade

[00:26:01] centenas de átomos

[00:26:02] se você pensasse

[00:26:03] que essas eram as partículas elementares

[00:26:05] então você diz

[00:26:06] olha o universo é super complicado

[00:26:07] tem centenas de átomos

[00:26:08] centenas de átomos

[00:26:09] mas aí você pode perceber

[00:26:11] que isso é fruto

[00:26:13] de uma estrutura mais elementar

[00:26:15] prótons, nêutrons e elétrons

[00:26:16] quando na realidade

[00:26:16] centenas se reduziram a três

[00:26:18] no mesmo sentido

[00:26:20] hoje em dia

[00:26:21] são muitas as partículas elementares

[00:26:23] que estão sendo descobertas

[00:26:23] que são formadas por quarks

[00:26:26] pela combinação desses seis quarks

[00:26:29] que a gente comentou agora há pouco

[00:26:30] mas seis já é mais do que dois

[00:26:32] é mais, mas a riqueza é maior

[00:26:36] de tipos de partículas

[00:26:37] mas eu acho que o Marco está falando

[00:26:38] a questão da matéria comum

[00:26:39] a matéria nuclear comum

[00:26:41] a gente está com dois elementos

[00:26:42] não, isso não mudou muito

[00:26:43] não, isso continua a mesma coisa

[00:26:44] mas nós estamos tentando

[00:26:45] eu estou tentando explicar

[00:26:46] a ideia do modelo padrão

[00:26:48] por que que são muitas partículas

[00:26:50] na realidade não são tantas assim

[00:26:51] são seis quarks

[00:26:52] são seis quarks

[00:26:53] e esses léptons que a gente comentou

[00:26:55] só que é isso

[00:26:57] você olha para

[00:26:57] hoje em dia é editado

[00:26:59] a tal da tabela de partículas elementares

[00:27:01] tem um nome

[00:27:03] tem um nome

[00:27:04] Particle Data Group

[00:27:05] todos os anos está sendo atualizado

[00:27:06] então tem

[00:27:07] eu acho que tem em torno de quase duas mil páginas

[00:27:10] por que?

[00:27:11] porque na realidade

[00:27:12] bom, tem uma parte que é teoria

[00:27:14] revisão do que é standard

[00:27:17] e o top de pesquisa

[00:27:19] mas também tem

[00:27:20] páginas e páginas e páginas

[00:27:22] de Mesons e Byrons

[00:27:23] que são tipos de partículas

[00:27:24] que aparecem

[00:27:25] pela interação da força nuclear forte

[00:27:28] e elas são constituídas por quarks

[00:27:31] então todas essas possíveis combinações

[00:27:32] de quarks

[00:27:33] geram partículas diferentes

[00:27:35] que é uma forma de testar

[00:27:37] se a ideia dos quarks está correta

[00:27:39] é ver se essas combinações

[00:27:42] geram partículas no espectro

[00:27:43] que você observa

[00:27:44] então no fundo a gente pode dizer

[00:27:46] que os quarks são os fundamentais

[00:27:47] e a tabela periódica

[00:27:48] virou essas outras quantidades

[00:27:50] de partículas que vocês estão testando

[00:27:52] é uma nova

[00:27:52] vamos dizer assim

[00:27:53] uma nova tabela periódica

[00:27:54] do século XXI

[00:27:55] é o Particle Data Group

[00:27:57] são as partículas fundamentais

[00:27:59] então tudo é construído

[00:28:00] a partir desses blocos

[00:28:01] elementares básicos

[00:28:03] ok, não é um ou dois

[00:28:04] como seria de pensar

[00:28:06] mas são seis

[00:28:07] mas em princípio

[00:28:09] o que é bacana

[00:28:10] é que todas essas combinações

[00:28:11] você

[00:28:12] agora recentemente

[00:28:15] vou pegar um exemplo

[00:28:16] em 2003

[00:28:17] uma combinação

[00:28:18] quer dizer

[00:28:19] prevista teoricamente

[00:28:20] de um quark

[00:28:22] do tipo S

[00:28:23] com um quark do tipo C

[00:28:26] foi descoberta

[00:28:26] então na realidade

[00:28:28] todas essas previsões teóricas

[00:28:31] estão já estabelecidas

[00:28:33] e o pessoal dos aceleradores

[00:28:35] aumentando a estatística

[00:28:36] estão começando a dizer

[00:28:36] olha, estamos novamente

[00:28:38] confirmando as previsões

[00:28:40] do modelo padrão

[00:28:41] então partículas que ainda

[00:28:43] não tinham sido descobertas

[00:28:44] constituídas desses blocos elementares

[00:28:47] estão aparecendo agora

[00:28:48] nos experimentos

[00:28:48] então esse foi o programa

[00:28:50] Fronteiras da Ciência

[00:28:51] hoje a gente discutiu

[00:28:52] a primeira parte

[00:28:53] da caçada ao bóson de Higgs

[00:28:56] estiveram aqui com a gente

[00:28:57] os professores

[00:28:58] Dmitry Radmyshev

[00:29:00] o Magno Machado

[00:29:01] Emerson Luna

[00:29:02] e o Marco de Arte

[00:29:03] do Departamento de Física da URGS

[00:29:05] O programa Fronteiras da Ciência

[00:29:09] é um projeto do Instituto de Física da URGS

[00:29:12] técnica de Gilson de Césaro

[00:29:15] e direção técnica de Francisco Guazelli

[00:29:22] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:24] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:26] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:28] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:30] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:32] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:34] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:36] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:38] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:40] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:42] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:44] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:46] em nome do Instituto de Física da URGS

[00:29:48] em nome do Instituto de Física da URGS

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