Por que a humanidade precisa de um acelerador de partículas

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Desde meados de Setembro de 2008, a imprensa internacional tem noticiado cada vez mais o tal LHC e a famigerada Partícula de Deus. Mas o que é o LHC? Qual a importância da Partícula de Deus? E como é que isso afeta você?

Bom, assim como na arte, é difícil de se responder essas perguntas sem se contextualizar melhor a situação como um todo. Ou seja...

Senta que lá vem história

Essa aventura começa com uma pergunta que todo mundo com um interesse passageiro em física já se fez um dia: “O que é massa?” É o tipo de pergunta que você faz para o professor no colegial e causa aquela comoção na sala de aula. Só que essa perguntinha aparentemente simples já deixou muita gente de cabelo branco.

O truque é que, atualmente, existem duas respostas para essa pergunta dentro da Física: uma delas dada por Einstein (nos idos de 1916) e outra dada por seis distintos senhores em 1964.

Einstein respondeu à pergunta dizendo, a grosso modo, que massa é aquilo que curva o espaço-tempo. Mas isso é bem menos simples do que pode parecer: para chegar a essa conclusão, Einstein teve que abandonar a noção usual de que o espaço (aquele da geometria, Cartesiano) é plano e, pior ainda, ele “fundiu” as três dimensões espaciais com o tempo!

Para visualizar o que isso significa, a gente pode se valer da metáfora da bola de boliche sobre o colchão macio: a bola deforma o colchão, causando um afundamento, de um modo análogo àquele que o Sol deforma o espaço-tempo. Aí você pode inferir a massa da bola-de-boliche se você souber o quanto o colchão foi deformado. O mesmo vale para objetos astrofísicos, onde a gente calcula a massa do objeto baseado na curvatura do espaço-tempo (que é 4-dimensional).

Calma, respira

Do outro lado dessa moeda, a resposta vem ao galope da chamada Teoria Quântica de Campo. Só o nome da danada, sozinho, já é de encher a boca e deixar os mais incautos um pouco atordoados. Na verdade, ela é uma extensão da Mecânica Quântica: ao invés de lidarmos com partículas (como elétrons ou quarks), nós lidamos com os campos quânticos que as criam.

Aqui, a metáfora para massa é a viscosidade de diferentes fluídos, como água e caramelo: é mais fácil a gente se movimentar  em uma piscina de água do que em uma de caramelo. Então, quando você atravessa por um “mar de caramelo”, essa dificuldade em se movimentar a gente chama de massa.

Uma outra analogia semelhante a essa que também é comum de se encontrar usa a popularidade de uma pessoa para ilustrar a idéia: quando uma pessoa muito popular entra em um salão-de-festas, rapidamente ela é rodeada de gente e, se ela quiser atravessar o salão, cada passo vai ser demorado. Por outro lado, uma pessoa que ninguém conhece pode entrar e sair do salão com facilidade, sem resistência.

Questão de simetria

É agora que vem o pulo-do-gato: o campo quântico que gera o chamado Bóson de Higgs funciona como uma medida da popularidade de cada partícula. Quanto mais “popular” for uma partícula, mais difícil será para ela se movimentar. Então, enquanto os fótons (partículas da luz) são os mais impopulares, uma vez que possuem massa nula, o chamado “quark top” é um dos mais populares, uma vez que ele é a mais massiva das partículas elementares (quase com a mesma massa que um átomo de tungstênio!).

Encontre o fóton

Até aqui, tudo bem: a gente já entendeu que a massa de uma partícula é dada pelo Campo de Higgs, que funciona como uma espécie de juiz da popularidade de cada partícula. Infelizmente, a importância do Higgs não é apenas pelo fato dele dar massa às outras partículas, mas também pelo fato dele resolver um problema um tanto cabeludo.

Essencialmente, quando a gente constrói um arcabouço matemático para explicar os fenômenos da Natureza, uma das ferramentas mais importantes e fundamentais nesse trabalho se chama Simetria. Em um certo sentido, a noção de simetria usada em Física é um refinamento do significado mais popular do termo: a simetria de um sistema físico é aquela propriedade que é preservada quando você muda o sistema, ou seja, é aquilo que permanece invariável sob uma determinada mudança do sistema.

Por exemplo, quando você olha para pintura de um rosto e diz que ele é simétrico, você está se referindo ao fato de que quando se traça uma linha vertical imaginária, o lado direito é a reflexão do lado esquerdo. Em Física, essas propriedades de invariância podem ser classificadas, e é comum a gente se referir a uma determinada propriedade física através do nome da simetria da mesma (abusando um pouco da linguagem).

O tal do problema cabeludo que o Higgs resolve se chama Quebra de Simetria. O que acontece é o seguinte: quando a gente constrói o chamado Modelo Padrão, usamos todas as simetrias que a Natureza nos fornece. Mas (sempre tem um “mas” em um lugar indiscreto), infelizmente isso acaba implicando nas partículas fundamentais não terem massa! Ou seja, eis o paradoxo frigideira versus fogueira: de um lado a gente segue todas as dicas que a Natureza nos dá, do outro nos encontramos em um beco sem saída (ou melhor, um Universo sem partículas massivas).

A única saída é a que já deve estar piscando na sua cabeça: temos que quebrar a simetria.

Infelizmente, a coisa não é assim tão simples e direta. Não se pode sair por aí quebrando simetrias a torto e a direito. Afinal de contas, todas as engrenagens estão engatadinhas, lubrificadas, e funcionando em perfeita sincronia. Então, como eu disse, o problema é cabeludo: para termos massa é preciso quebrarmos a simetria. Mas não de qualquer maneira. É preciso ser de um jeito bem especial.

Sugestão de som para ler esse texto: "Here Comes Science", da banda They Might Be Giants (clique para ouvir)

Higgs, é aqui que você entra

O Higgs quebra a simetria necessária sem causar maiores danos, nem outros indesejáveis efeitos cascata. E o modo como ele quebra a simetria é exatamente agindo como um árbitro de popularidade para as outras partículas. Sem o Higgs não existe quem meça popularidade, e todo mundo tem massa nula. Porém, com o Higgs a coisa muda, e as partículas passam a ter massa. Para isso é que foi construído o LHC, para detectar o Higgs.

Mas não apenas o Higgs, e sim tudo mais que possa aparecer e a gente ainda nem sabe que existe: isso é o que se chama de resultados além do Modelo Padrão. Um desses resultados “além do Modelo Padrão” que mais tem gerado burburinhos se chama supersimetria e, como já deve ser possível de se adivinhar (dada a criatividade do nome), tem a ver com extensões das simetrias que a gente já conhece, e como elas interagem com todas as engrenagens que já estão em seus respectivos lugares.

Da ciência para a economia

Essa foi a parte mais científica da resposta. Porém, existem vários outros aspectos que tornam uma empreitada dessa natureza algo extremamente desejável. O nome do jogo é multiplicador econômico.

Quando se inventou o conceito de carro, de linha de montagem e tudo mais, quantos resultados indiretos a economia sofreu? Isso costuma ser chamado de “fator multiplicativo”: para um investimento de tantos Reais, quanto você acaba ganhando direta e indiretamente?

CERN, o laboratório onde fica o LHC, já foi palco da invenção do WWW, o protocolo da internet que nos permite a usar navegadores para acessar páginas, pagar contas no banco, nos informar, publicar textos, assistir a vídeos e assitir ao Nyan Cat por horas seguidas. Qual é o fator multiplicativo de uma descoberta desse calibre?

Hoje em dia existe toda uma economia que funciona ao redor da Tecnologia de Informação, algo largamente possível apenas por causa do WWW. Esse é um multiplicador econômico em nível mundial. Ainda seguindo esse mesmo tom, a gente poderia falar sobre Raios-X ou sobre Ressonância Nuclear Magnética, e o quanto ambos revolucionaram os métodos de imagem na medicina. Poderíamos também falar em termos dos semicondutores, que proporcionam toda a eletrônica moderna (computadores, telefones celulares, etc). E assim por diante, poderíamos passar um bom tempo falando dos multiplicadores econômicos que pesquisas fundamentais em Física já nos trouxeram.

Está entendendo por que precisamos deste monumento ao conhecimento humano?

Infelizmente, ou não, é impossível de se prever esse tipo de resultado indireto, que historicamente sempre acaba dando excelentes multiplicadores econômicos. De fato, essa é a natureza da pesquisa científica: o desconhecido precisa ser explorado, e é claro que quando você está dando tiros no escuro a probabilidade de você não atingir o alvo é bem maior. Por isso resultados desejados, com um alto multiplicador econômico, são bastante imprevisíveis.

Pesquisas conservadoras tendem a não produzir um alto multiplicador, e a razão é bem simples: uma vez que você já conhece bem o tema (daí a razão da pesquisa ser conservadora, pouco arriscada), você pode prever com certa segurança o tipo de resultado que será obtido. Por outro lado, pesquisas mais arriscadas têm um potencial muito maior de gerarem um alto multiplicador econômico como resultado.

Entretanto, o preço que se paga é que tudo pode ir por água abaixo.

GHK-HEB

Essa é a dicotomia da pesquisa científica. Alto ou baixo risco, arriscada ou conservadora… não é necessariamente uma questão de uma ser melhor que a outra; nós precisamos de ambas, só é preciso conhecer muito bem aquilo que cada uma pode oferecer.

Finalizando, é sempre útil lembrar que quanto mais clara e útil for uma analogia, mais distante ela está do que realmente acontece matematicamente. Então, o texto acima tem o objetivo de abrir as portas e dar uma idéia caricatural do que está em jogo. Mais ainda, apesar de eu ter me referido ao “Bóson de Higgs”, como é geralmente conhecido, o nome mais apropriado seria algo como GHK-HEB (Guralnik-Hagen-Kibble-Higgs-Englert-Brout), em virtude dos 6 co-descobridores do fenômeno.

Infelizmente, assim como no resto das atividades humanas, na Ciência há o fator político atuando no meio-de-campo, sempre nublando um pouco a história.


publicado em 14 de Março de 2012, 08:33
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Daniel Ferrante

Daniel D. Ferrante é Físico Teórico e bloga sobre ciência desde 2003. \r\n[Facebook | Twitter | Google Plus | Webpage]


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