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quase 50 anos após a sua previsão, físicos de partículas finalmente capturaram o bosão de Higgs. Assim, o Comitê Nobel concedeu o prêmio de física deste ano a dois dos teóricos que iniciaram esta caça às partículas. François Englert da Universidade Livre de Bruxelas (ULB) e Peter Higgs da Universidade de Edimburgo, Reino Unido, independentemente derivou um modelo explicando por que as partículas não são massivas, e este modelo requer a existência do bosão de Higgs. Ambos os artigos foram publicados em 1964 em cartas de revisão física.

o bosão de Higgs é a última peça do modelo padrão da física de partículas a ser observado, após décadas de pesquisa. Em junho de 2012, o CERN anunciou com muita fanfarra que o Grande Colisor de Hádrons (LHC) em Genebra havia descoberto uma partícula com as propriedades certas para ser o bosão de Higgs, o que significava que os pesquisadores haviam confirmado uma teoria fundamental da massa.o bosão de Higgs tecnicamente não dá massa a outras partículas. Mais precisamente, a partícula é uma manifestação quantizada de um campo (o campo de Higgs) que gera massa através de sua interação com outras partículas. Mas porque é que a massa não pode ser considerada como um dado adquirido?

A resposta remonta ao trabalho anterior na teoria quântica de campos. Campos quânticos são semelhantes a campos mais familiares, como campos elétricos e magnéticos. Mas campos quânticos contêm estados excitados que observamos como partículas. Estes campos podem ser divididos em campos de matéria (cujas partículas são elétrons, quarks, etc.) e campos de força (cujas partículas são fótons, glúons, etc.). No final da década de 1940, os teóricos mostraram que uma teoria quântica de campos de fótons e elétrons poderia explicar com sucesso interações eletromagnéticas em alta energia.

no entanto, a teoria teve problemas modelando interações nucleares. O curto alcance da força nuclear fraca implicava que suas partículas correspondentes tinham massa, em contraste com o fóton sem massa, a partícula associada com campos eletromagnéticos. Simplesmente colocar uma massa sobre uma partícula que transportava força teve efeitos desastrosos, fazendo com que certas previsões divergissem para o infinito. No início da década de 1960, os teóricos estavam ocupados à procura de formas alternativas de que a massa poderia ser introduzida na teoria.

a solução formulada por Higgs, Englert ,e Robert Brout (que trabalhou com Englert em ULB mas agora está morto) propõe que todo o espaço é preenchido com um campo que interage com as partículas de força fraca para dar-lhes massa. Ele faz isso porque o campo é assumido não ser zero no espaço vazio. Este estado de terra não-zero viola uma simetria que é considerada fundamental para a teoria quântica de campos. Trabalhos anteriores mostraram que este tipo de quebra de simetria levou a uma partícula sem massa e sem rotação que foi descartada por experimentos . Englert, Brout, and Higgs showed how one could make this wanted particle disappear by coupling the space-filling field to the weak-force field. Quando eles trabalharam todas as interações, eles descobriram que as partículas de força efetivamente tinham uma massa, e a indesejada, sem massa, sem rotação foi essencialmente absorvida pelas partículas fracas. Estas partículas ganharam um terceiro estado de spin como resultado, e a única partícula spinless restante foi o massivo bosão de Higgs. Uma teoria similar foi desenvolvida por uma terceira equipe de teóricos no mesmo ano .

trabalho subsequente mostrou que o mecanismo de Brout-Englert-Higgs (ou “mecanismo de Higgs”, para abreviar) poderia dar massa não só para partículas fracas, mas também para elétrons, quarks e outras partículas fundamentais. Quanto mais forte uma partícula interage com o campo de Higgs, mais massiva é. É importante notar, no entanto, que a maior parte da massa em partículas compostas, como prótons, núcleos e átomos, não vem do mecanismo de Higgs, mas da energia de ligação que mantém essas partículas juntas.

“Brout and Englert and Higgs put forth a very clever idea, now known as the Higgs mechanism,” says Michael Turner of the University of Chicago. “Ele fornece uma explicação para uma das perguntas mais simples que se pode fazer: por que as partículas têm massa? Uma pergunta tão simples—mas muito profunda-que muitos nem sequer pensam em perguntar.”Para validar este mecanismo, físicos de partículas construíram o LHC, a maior máquina tecnologicamente mais sofisticada já construída, diz Joseph Incandela, porta-voz do experimento CMS, que foi um dos detectores que detectou o bosão de Higgs. “Eu acho que as pessoas olham para isso e sentem que a física de partículas fez algo como uma aterrissagem na lua aqui”, diz ele.Michael Schirber é um Editor correspondente de Física com sede em Lyon, França.

1. J. Goldstone,” Field theories with Superconductor Solutions, “Nuovo Cimento 19, 154 (1961); J. Goldstone, A. Salam, and S. Weinberg,” Broken Symmetries, ” Phys. Rev. 127, 965 (1962)
2. G. S. Guralnik, C. R. Hagen, and T. W. B. Kibble, “Global Conservation Laws and Massless Particles,” Phys. Rev. Lett. 13, 585 (1964)

Mais Informações

• o Prêmio Nobel anúncio com acompanhamento de plano de fundo

  o Foco da história no ano de 2008, Prémio Nobel da teoria de quebra de simetria

  uma Breve História do Mecanismo de Higgs, da Universidade de Edimburgo

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