A Importância do Bóson de Higgs

Encontrar uma nova partícula resolve um problema e começa outro

Robert Garisto e Abhishek Agarwal

©MichaelTaylor/shutterstock

Quando físicos do Grande Colisor de Hádrons, no CERN, anunciaram a descoberta de uma nova partícula, em 4 de julho, não a chamaram de “o bóson de Higgs”. Isso não foi apenas a típica cautela científica: também significou que o anúncio vem em um momento significativo. Estamos no fim de décadas de uma odisseia teórica, experimental e tecnológica, e também no início de uma nova era na física.

A busca por essa partícula surgiu a partir de uma única frase no artigo de 1964 do físico Peter Higgs, da University of Edinburgh, na Escócia. Na época, o que atualmente chamamos de Modelo Padrão da física de partículas, que descreve todas as partículas elementares conhecidas, só estava começando a esfriar. O Modelo Padrão faz centenas de previsões testáveis e, nas décadas seguintes à sua origem, provou-se sempre correto. O bóson de Higgs era a última peça do quebra-cabeça, unindo todas as partículas conhecidas da matéria (férmions) e os transportadores das forças que agem sobre elas (bósons). Isso forma uma atraente imagem do funcionamento do mundo subatômico, mas ainda não sabemos se essa imagem é apenas parte de um cenário maior.

O modelo padrão é baseado, em parte, na simetria eletrofraca, que une o eletromagnetismo e a força fraca. Mas as partículas que transportam essas forças têm massas muito diferentes, evidenciando que a simetria está quebrada. Coube aos teóricos explicar a divergência de forças. Em 1964, três artigos diferentes – de Higgs, de François Englert e Robert Brout, e de Gerald Guranik, Carl Hagen e Tom Kibble – em nosso periódico Physical Review Letters, mostraram que um oceano quântico onipresente chamado campo de spin-0 poderia operar a quebra de simetria. Higgs mencionou que esse oceano tinha ondas que correspondiam a uma nova partícula – o bóson que acabou batizado com seu nome.

Essa partícula, fundamental para o Modelo Padrão, foi provavelmente a mais difícil de identificar – exigiu gerações de colisores cada vez maiores para produzir um número significativo de colisões suficientemente energéticas. Mas completar o Modelo Padrão dificilmente põe fim à física de partículas. A descoberta do Higgs pode na verdade apontar o caminho para o que está além do reino dessa venerada teoria. Físicos experimentais ainda devem verificar se a nova partícula é um bóson de Higgs de spin-0. Em seguida, devem testar, com grande precisão, como o Higgs interage com outras partículas. Enquanto escrevemos, seus resultados não estão exatamente de acordo com as previsões, o que poderia ser apenas uma flutuação estatística ou um sinal de algum efeito mais profundo. Enquanto isso, os físicos experimentais têm de continuar obtendo dados para ver se existe mais de um bóson de Higgs.

Esses testes são importantes porque teóricos construíram muitos modelos hipotéticos que põem o Modelo Padrão em um quadro teórico maior e muitos deles preveem vários bósons ou desvios dos pareamentos comuns. Os modelos incluem mais férmions, mais bósons e até mais dimensões espaciais. O quadro teórico mais estudado é a supersimetria, que propõe que cada férmion conhecido tem um bóson companheiro ainda não descoberto e que cada bóson conhecido tem um férmion companheiro. Se a supersimetria estiver correta, não há apenas um bóson de Higgs, mas pelo menos cinco. Então estamos apenas começando a explorar novos horizontes.

 —Robert Garisto e Abhishek Agarwal São editores da Physical Review Letters.