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Os rastros do bóson de Higgs

O físico belga François Englert (esquerda) e o britânico Peter Higgs (direita), laureados com o Prêmio Nobel de Física pelo seu trabalho com partículas subatômicas. Foto: Martial Trezzini/EPA

O físico belga François Englert (esquerda) e o britânico Peter Higgs (direita), laureados com o Prêmio Nobel de Física pelo seu trabalho com partículas subatômicas. Foto: Martial Trezzini/EPA

A Fundação Nobel anunciou hoje os nomes dos vencedores do Prêmio Nobel de Física de 2013. São eles Peter Higgs e François Englert, que levam o crédito pela introdução, em 1964, do então teórico campo de Higgs — fluido que permeia o universo e dá massa às partículas com as quais interage. A manifestação física deste campo, o bóson de Higgs, foi confirmada apenas em março de 2013 em experimentos no Grande Colisor de Hádrons (Large Hadron Collider, ou LHC).

Mas como os pesquisadores do LHC obtiveram as evidências necessárias para comprovar a existência da partícula? Tem-se que o Grande Colisor de Hádrons registra o “entulho” subatômico resultante da colisão de prótons, e os dados gerados podem apontar para fenômenos que nunca haviam sido observados.

Para encontrar o bóson, os cientistas tiveram que remover o ruído de fundo criado pelas partículas já conhecidas, ruído este que poderia esconder as evidências da presença do bóson de Higgs. Este, por sua vez, se desintegra rápido demais para ser detectado, mas alguns modos como ocorre a desintegração podem, sim, ser vistos e conduzir a evidências de que a partícula de fato existiu.

As figuras abaixo (clique para ampliá-las e veja a tradução em seguida) foram, em parte, extraídas do estudo que finalmente comprovou a existência do bóson, e apresentam quatro modos de desintegração dele por meio dos quais chegou-se à brilhante conclusão.

Quadro 1 (topo, à esquerda): Fótons: cada detector inclui múltiplos calorímetros, aparelhos que medem a energia das partículas. O calorímetro mais ao centro fica particularmente alerta para os fótons. Estes são absorvidos no calorímetro e criam minúsculos sinais elétricos. Se um bóson de Higgs se deteriora e se transforma em dois fótons, o detector pode medir a energia total deles com níveis extremamente altos de precisão, o que ajuda a reconstruir precisamente a massa da partícula recém-encontrada.

Quadro 2 (topo, à direita): Bósons Z: o Higgs pode se decompor em um par de bósons Z, podendo cada bóson Z se deteriorar e se transformar em um elétron e um anti-elétron com carga oposta, ou em um par de múons. Um rastreador interno e um calorímetro medem os elétrons, enquanto que os múons vão embora deixando rastros de “pegadas”. Fortes campos magnéticos curvam os caminhos dos elétrons e múons durante sua viagem, permitindo uma medição de alta resolução da sua energia e da massa do Higgs original.

Quadro 3 (abaixo, à esquerda): Quarks bottom (quarks b, ou quarks inferiores): o Higgs também pode decair (se decompor) em um quark bottom e sua anti-partícula, cada um dos quais decaindo em estreitos “jatos” de partículas secundárias chamadas hádrons (partículas compostas formadas por quarks). Estes hádrons viajam através das camadas interiores do detector e depositam sua energia nos calorímetros exteriores. Infelizmente, muitas colisões comuns também geram jatos de hádrons a partir de quarks bottom, o que torna difícil separar os eventos de Higgs deste tipo do ruído de fundo.

Quadro 4 (abaixo, à direita): Bósons W: O Higgs ainda pode decair em dois bósons W, cada qual podendo decair em um elétron, anti-elétron ou múon, mais um neutrino ou anti-neutrino. Neutrinos são quase impossíveis de serem detectados — eles voam para fora do detector como se nunca tivessem estado lá, levando consigo parte da energia do evento. Os pesquisadores usam esta energia perdida para inferir sua presença, mas a mesma energia perdida também os impede de reconstruir precisamente a massa do bóson de Higgs original.

Fonte: Scientific American

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This entry was posted on 8 de Outubro de 2013 by in Física and tagged , , , , , , , , .

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