Aqui o autor - Dieter Dellinger - leva a Física aos seus Limites, ao ponto em que já não sabemos se é Física, Hiperfísica ou quase Metafísica Sem Religião

Segunda-feira, 28 de Junho de 2010
Capítulo IV - Os Bosões – Partículas de Mediação de Forças

 

 

 

 

            A descoberta das partículas de mediação, nomeadamente dos bosões intermediários W+, W‾ e Zº em 1983 foi, sem dúvida, um acontecimento impar na história da Física, já que os mesmos tinham sido previstos pela Teoria Electrofraca elaborada pelos físicos Weinberg, Glashow e Salam, entre outros, para unificar numa única explicação duas das quatro forças fundamentais da matéria nos seus limites.

            Os bosões W e Z são pois os mediadores da Força Nuclear Fraca ou Interacção Fraca responsável pela radioactividade, tal como o Fotão é o mediador da Força Electromagnética que liga os electrões ao núcleo e os átomos nas moléculas e que, além disso, é responsável por todo o espectro electromagnético, desde os raios gama às ondas hertzianas de rádio, passando pela luz, raios X, radiação ultra-violeta, e infra-vermelha.

            As massas destas partículas são extremamente maiores que as das restantes partículas, sendo da seguinte ordem de valores:

W+ = 140.000 x 10‾34 g com carga zero e 10‾25 segundos de vida.

W = tem a mesma massa inerte e a mesma carga e instabilidade.

Zº = 162.000 x 10‾28 g. e igual carga e instabilidade.

            A questão que qualquer um coloca é como é que estas partículas com uma massa inerte relativamente elevada quando comparada com a massa quase zero do fotão podem ser unidas na mesma teoria electrofraca e produzir tanto a radioactividade como o espectro electromagnético?

            A explicação é dada pela sua instabilidade ou curta vida. Decaem rapidamente para dar outras partículas.

Os bosões são 14 ao todo – até ver. Os 8 gluões, o fotão, os três W, os eventuais gravitão e o bosão de Higgs ainda por descobrir.

            Se do gravitão não se encontrou o mais pequeno sinal, outro tanto não pode dizer-se do, há tanto tempo anunciado e esperado, Bosão de Higgs.

            Efectivamente, esperou-se vinte anos para o evidenciar num acelerador e quando vieram os primeiros sinais, o acelerador do LEP do CERN teve de fechar para permitir a construção do super-gigante de 27 quilómetros. Foi entre Abril e Maio de 2000 que se acelerou com a máxima energia e perícia electrões contra anti-electrões (positrões) e das muitas milhares de colisões detectaram-se uma dúzia de novas partículas que os físicos do CERN admitem serem os tão esperados bosões de Higgs. Depois de encerrado o LEP – Laboratório Europeu de Física das Partículas, as experiências continuaram no acelerador norte-americano Tevatron do Fermilab de Chicago.

            Os físicos e engenheiros do LEP tentaram acelerar a sua máquina a um máximo, aparentemente para lá das suas possibilidades. O acelerador estava previsto para produzir colisões até 192 GeV, mas pouco antes de fechar os técnicos conseguir aumentar a energia conferida às partículas até aos 209 GeV (109 eV). Aparentemente viram os Bosões de Higgs, mas não em quantidade suficiente para terem a absoluta certeza de que se tratava da partícula tão procurada.

            A glória ainda não muito certa coube ao acelerador de 1.000 GeV Tevatron de Chicago que utiliza protões e anti-protões. Mas, estas partículas, compostas de quarks e anti-quarks, quando desconstruídas a altas energias produzem centenas de partículas efémeras, o que torna difícil identificar o bosão de Higgs.

            A esperança está agora no novo LCH, grande acelerador de colisões, do CERN que  produz colisões entre protões e anti-protões com energias que vão até aos 14.000 GeV. Espera-se então não só identificar o bosão de Higgs como muitas outras partículas supersimétricas que desvendem todos os segredos da matéria.

            Em termos teóricos, o bosão de Higgs não é bem uma partícula independente, mas apenas a manifestação da excitação do campo de Higgs que, de acordo com o mecanismo teórico inventado pelo britânico Peter Higgs em 1964, será a barreira fantasma que nos impede de compreender a verdadeira natureza da matéria. Será um campo de massa no qual todo o Universo está mergulhado e quando recebe energia uma parte do campo transforma-se em partículas mediadoras de massa, nomeadamente materializa-se no bosão de Higgs. Por isso, tanto se espera encontrar o referido bosão no choque entre electrões e positrões como entre protões e anti-protões, pois estas ditas partículas são nos aceleradores simples portadores de uma energia altíssima e obrigam o campo de Higgs, presente em toda a parte, a manifestar-se.

            Acrescente-se que o bosão de Higgs ao decompor-se rapidamente fornece a massa necessária e suficiente para justificar a existência de matéria por via de uma multitude de partículas simétricas dos quarqs e leptões, agrupados sob o nome de fermiões, e das partículas mediadoras de forças, os bosões.

            Cada bosão terá um “sócio” na família dos fermiões denominado gluino, sócio do gluão, fotino do fotão e reciprocamente cada fermião tem um parceiro na família dos bosões denominado squarq ou sleptão.

            Segundo a Teoria Supersimétrica, podem existir vários bosões de Higgs dos quais o mais ligeiro terá uma massa de 100 GeV.

            Um dos bosões pode ser o gravitão, a partícula desconhecida que seria a mediadora da força da gravidade que não é descrita no Modelo Padrão, mas que poderia dar origem a um novo Modelo Padrão Relativista que uniria todas as forças da matéria num único Modelo conceptual.

            É tudo extremamente complicado e, por isso, o ministro britânico da c1iência ofereceu um prémio avultado ao físico que lhe explicasse de uma maneira fácil o que é um Bosão de Higgs numa única folha de papel.

            O vencedor foi o cientista David Miller que apresentou a sua explicação sob a forma de cinco desenhos. No primeiro há uma sala cheia de espectadores que corresponde ao espaço vazio ocupado pelo campo de Higgs. A dada altura entra a senhora Tatcher e à sua passagem forma-se um aglomerado de admiradores que a cumprimentam e criam uma resistência, tal como uma partícula que adquire massa ao deslocar-se no campo de Higgs. Mas também pode suceder que, em vez da personalidade, é apenas um rumor imaterial que passa de boca em boca pela sala e que cria zonas de excitação semelhantes às da passagem da personalidade com o conjunto de pessoas  sentadas que se agitam e voltam-se para ouvir e transmitir o rumor a outro grupo que vai passando até toda a sala estar inteirada do mesmo.

            Há pois dois tipos de eventos físicos susceptíveis de adquirirem massa e tornarem-se matéria e, naturalmente, anti-matéria.

            Só que não tem havido uma explicação plausível para a quase inexistência de anti-matéria quando os modelos da origem do Universo admitem que se tenha formado inicialmente tanta matéria como anti-matéria.

            A experiência recente feita no acelerador linear Slac de Stanford nos EUA revelou a razão porque quase não existe anti-matéria no estado natural e que residiria na taxa de desintegração dos instáveis mesões (ou piões) B e anti-B que não seria a mesma em ambos. Aí os anti-B desaparecem menos que os B. Porquê? Não se sabe ainda, nem qual o efeito real na matéria, nomeadamente na ligação entre protões e neutrões que é da responsabilidade dos piões.

 

 

 

 As quatro forças fundamentais da natureza física. A forte, a electromagnética, a gravitacional e a fraca.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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publicado por DD às 21:19
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