Desconstruindo o Modelo Padrão

O Modelo Padrão da Física de Partículas é bem mais que partículas elementares numa tabela.

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Modelo Padrão da Física de Partículas. Fonte: Symmetry Magazine.

Por Rashmi Shivni
Publicado na Symmetry Magazine

O Modelo Padrão da Física de Partículas é frequentemente comparado à uma tabela, como a periódica, e usado para descrever as propriedades das partículas, como sua massa, carga e spin. A tabela é organizada para mostrar também como essas pequenas porções de matéria interagem com as forças fundamentais da natureza.

Mas no começo, não era uma tabela. A grande teoria de quase tudo na verdade representa uma coleção de vários modelos matemáticos que se provaram ser interpretações atemporais das leis da física.

Abaixo há um breve tour nos tópicos que essa equação monstruosa traz.

A Coisa Toda

Essa versão do Modelo Padrão da Física de Partículas é escrita no formato de Lagrangiana. A Lagrangiana é um jeito chique de escrever uma equação para determinar o estado de um sistema em movimento e explicar a máxima energia possível que o sistema pode ter.

Tecnicamente, o Modelo Padrão pode ser escrito de diversas formas, mas, fora a aparência, a Lagrangiana é uma das formas mais simples e compactas de apresentar a teoria.

Lagrangiana do Modelo Padrão. Cortesia de T.D. Gutierrez.

Seção 1

As primeiras três linhas no Modelo Padrão se referem especificamente ao glúon, o bóson que carrega a força forte, uma das quatro fundamentais da natureza. Os glúons vêm em oito tipos, interagindo entre si e possuindo o que chamamos de ‘mudança de cor’.

Descrição dos Glúons. Fonte: Symmetry Magazine.

Seção 2

Praticamente metade da equação é dedicada à explicar a interação entre bósons, principalmente entre os bósons W e Z.

Bósons são partículas que carregam a força, e há quatro espécies de bósons que interagem com outras partículas utilizando 3 das forças fundamentais. Fótons carregam o eletromagnetismo, glúons carregam a força forte (antigamente força nuclear forte) e os bósons W e Z carregam ambos a força fraca. O bóson de Higgs, descoberto recentemente, é um pouco diferente; suas interações aparecem na próxima parte da equação.

Parte do Modelo Padrão dedicada às interações entre os bósons. Fonte: Symmetry Magazine.

Seção 3

Essa parte da equação descreve como as partículas elementares da matéria interagem com a força fraca. De acordo com a forma com que essa parte é descrita, partículas materiais vêm em três gerações, cada uma com uma massa diferente. A força fraca auxilia partículas massivas de matéria à decaírem em partículas menos massivas de matéria.

Essa parte também inclui interações básicas da matéria com o campo de Higgs, a partir do qual algumas partículas elementares obtém sua massa.

O intrigante é que essa parte da equação assume algo que descobertas recentes feitas por físicos contradisseram: ela assume incorretamente que as partículas chamadas neutrinos não possuem massa.

Parte da equação que descreve como a matéria interage com a força fraca. Fonte: Symmetry Magazine.

Seção 4

Na Mecânica Quântica, não há um caminho ou trajetória definida que uma partícula pode seguir, o que significa que redundâncias aparecem às vezes nesse tipo de formulação matemática. Para sumir com essas redundâncias, os físicos teóricos utilizam partículas virtuais apelidadas de ‘fantasmas’.

Essa parte da equação descreve como as partículas de matéria interagem com os fantasmas de Higgs, artefatos virtuais do Campo de Higgs.

Como a matéria interage com os ‘fantasmas’ de Higgs, que são partículas e artefatos virtuais. Fonte: Symmetry Magazine.

Seção 5

A última parte da equação inclui mais fantasmas. Esses são chamados de fantasmas de Faddeev-Popov, e cancelam redundâncias que ocorrem nas interações que envolvem a força fraca.

Mais fantasmas, dessa vez os de Faddeev-Popov que remetem a interações na força fraca. Fonte: Symmetry Magazine.

Nota: Thomas Gutierrez é professor assistente de Física na Universidade Politécnica no Estado da Califórnia e transcreveu a Lagrangiana do Modelo Padrão para a internet. Ele derivou a Lagrangiana do documento referência em física teórica Diagrammatica escrito pelo laureado com o prêmio Nobel Martinus Veltman. Ao fazer a transcrição, Gutierrez notou um erro de sinal em algum lugar da equação. Boa sorte ao tentar achá-lo!

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