Como é o bóson de Higgs?

Enquanto os físicos pularam de alegria ao "ver" o bóson de Higgs - aquela partícula indescritível que compõe o campo de Higgs, que permite que as partículas ganhem massa - a verdade é que eles realmente viram um monte de números, gráficos e dados gerais que diziam eles que o bóson de Higgs foi detectado. E mesmo dizer que foi "detectado" merece alguma explicação.

Conforme relatado, os dados coletados estavam em níveis de certeza de 5 sigma. Você pode ter ouvido que "5-sigma" indicava que havia uma chance em 3,5 milhões de que o famoso bóson não existisse. Mas não tão rápido. Tal como acontece com muitas notícias de física, é mais complicado do que isso. O nível de confiança de cinco sigma na verdade significava que havia uma chance em 3,5 milhões de que, mesmo que não existisse nenhuma partícula de Higgs, a equipe do CERN teria visto os mesmos resultados. Em outras palavras, há uma chance em 3,5 milhões de que um experimento para encontrar o Higgs apresente resultados que pareçam confirmá-lo, mesmo que tal partícula não existisse.

Então, se os cientistas do CERN (Organização Européia para Pesquisa Nuclear ) não esperavam ver algo parecido com um adereço em uma produção teatral de "Peter Pan", o que eles estavam procurando? Por muito tempo, os físicos ficaram intrigados com o fato de que partículas como elétrons e quarks tinham massa. Eles não estavam envergonhando os carinhas que formam átomos e moléculas; era apenas que suas representações matemáticas de um universo simétrico realmente não funcionavam a menos que as partículas não tivessem massa [fonte: Greene ].

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 funcionar com partículas carregadas de massa, por que não manter a matemática e adicionar a suposição de que as partículas estão operando em um campo que exerce um arrasto sobre elas? Se fosse esse o caso, poderíamos encontrar uma substância neste "campo" que adiciona massa a uma partícula criando resistência. Imagine uma mosca zumbindo no ar; está se movendo muito bem até encontrar um forte vento contrário. De repente, nossa pequena mosca veloz parece bem pesada. Assim seria com nossas partículas quando elas se arrastassem pelo campo de Higgs.

Claro, os físicos não estavam exatamente procurando por algum tipo de xarope de bordo universal no qual todos nós estávamos nadando sem perceber. Em vez disso, eles estavam procurando por partículas que pudessem compor um campo de Higgs, e pensaram que sua busca poderia ser bem-sucedida se pudessem recriar as condições logo após o Big Bang . Nessas condições, podemos ver como coisas como quarks e léptons voavam e se algo como o bóson de Higgs também foi criado para fornecer a massa que permite que eles se agrupem em partículas compostas como prótons [fonte: STFC ].

O Large Hadron Collider é como uma pista da NASCAR para enxames de prótons de corrida (e alguns íons pesados ​​também). Esses prótons voam em direções opostas ao redor do círculo de quase 27 quilômetros e se chocam milhões de vezes por segundo [fonte: Greene ]. Quando colidem, as partículas compostas se espalham em suas partes menores – quarks e léptons. A energia que é criada pode nos permitir ver partículas muito, 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 saem das colisões de prótons. Os detectores não são violetas encolhendo - o maior no LHC tem 25 metros de altura e igual largura. Eles precisam ser tão grandes porque ímãs gigantescos são usados ​​para curvar o caminho das partículas

Se curvarmos o caminho das partículas dentro de um campo magnético, podemos ver como elas reagem de maneira diferente - algumas com momento realmente alto ainda seguirão em linha reta, aquelas com menor momento espiralarão firmemente [fonte: CERN ]. Portanto, o momento é uma informação útil que pesquisadores e físicos podem estudar ao tentar descobrir a identidade de uma partícula em particular.

Dispositivos de rastreamento em detectores também são úteis. Um dispositivo de rastreamento registra os sinais eletrônicos que as partículas deixam para trás enquanto passam pelo detector, o que, por sua vez, permite que um computador faça uma representação gráfica do caminho 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 pelas partículas, o que os ajuda a determinar mais alguns identificadores exclusivos para partículas específicas [fonte: CERN ].

Então, como é o bóson de Higgs? Bem, odeio desapontar, mas o ponto principal é que não podemos vê-lo. É uma pequena partícula, cara. Não seja louco. O que vemos em vez disso são, bem, gráficos. E dados. Todos aqueles dados ruidosos detalhando o caminho das partículas, energia, produtos de decaimento e muito mais foram varridos pelos detectores e sintetizados em números frios e rígidos. Esses números indicavam que ocorreu um "excesso de eventos" que indicavam a existência do Higgs [fonte: CERN ].

Agora não fique muito desapontado. O pessoal legal do CERN sabe o que queremos: fotos bonitas que mostram uma representação do bóson de Higgs. Se você quiser ver uma simulação gráfica das colisões, confira o site do CERN para algumas representações (muito satisfatórias) de como o Higgs "parece" em ação [fonte: CERN ].

Nota do autor: Como é o bóson de Higgs?

Ao imaginar o Higgs, acho justo dizer que imagino uma gota de xarope de bordo que compõe o campo de Higgs. Não é preciso, mas me faz pensar muito sobre física de partículas tomando café da manhã todo fim de semana.

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