O bóson de Higgs é uma partícula elementar que foi prevista pelo Modelo Padrão da física de partículas e foi descoberta em 2012 pelos experimentos ATLAS e CMS no Large Hadron Collider (LHC) do CERN. O bóson de Higgs é responsável pelo mecanismo de quebra espontânea de simetria eletrofraca, que dá massa a outras partículas elementares, como quarks e léptons. O bóson de Higgs também é chamado de “partícula de Deus”, porque é a fonte da diversidade da matéria no universo.
Neste artigo, explicaremos o que é o bóson de Higgs, como foi descoberto e quais são suas implicações para a física e a cosmologia. Também apresentaremos a você os desafios experimentais e teóricos que ainda precisam ser superados para entender melhor essa fascinante partícula.
O que é o bóson de Higgs?
O bóson de Higgs é uma partícula elementar que pertence à família dos bósons, ou seja, partículas que possuem um spin inteiro (0, 1 ou 2). Os bósons são portadores das interações fundamentais entre outras partículas elementares, como quarks e léptons, que possuem spin semi-inteiro (1/2). Por exemplo, o fóton é o bóson que transmite a interação eletromagnética, o glúon é o bóson que transmite a interação forte e os bósons W e Z são os bósons que transmitem a interação fraca.
O Modelo Padrão da física de partículas é a teoria que melhor descreve as propriedades e interações das partículas elementares. O Modelo Padrão é baseado no princípio da simetria, o que implica que as leis da física são as mesmas em todas as direções e em todas as escalas. No entanto, o Modelo Padrão tem um problema: ele prevê que todas as partículas elementares devem ser sem massa, o que contradiz a observação. De fato, sabemos que quarks e léptons têm massa diferente de zero e que os bósons W e Z têm massa muito alta (cerca de 80 e 90 vezes a do próton).
Para resolver este problema, o físico britânico Peter Higgs propôs em 1964 um engenhoso mecanismo: ele introduziu um campo escalar (ou seja, um campo que tem um valor numérico em cada ponto do espaço-tempo) que preenche todo o universo e que interage com os outros elementos elementares partículas. Este campo escalar é chamado de campo de Higgs. O campo de Higgs tem a particularidade de ter um potencial em forma de sombrero mexicano, ou seja, tem um mínimo diferente de zero. Isso significa que o campo de Higgs tem um valor médio diferente de zero no vácuo, que é chamado de valor esperado do vácuo (VEV). O VEV do campo de Higgs é de cerca de 246 GeV (gigaelétronvolts), que é a energia necessária para criar um próton.
O mecanismo de Higgs depende do fato de que o campo de Higgs pode estar em diferentes estados quânticos em torno de seu VEV. Esses estados quânticos são chamados de flutuações do campo de Higgs. Cada flutuação do campo de Higgs corresponde a uma partícula elementar: o bóson de Higgs. O bóson de Higgs é, portanto, a excitação quântica do campo de Higgs.
O mecanismo de Higgs explica como outras partículas elementares adquirem massa. De fato, quando o campo de Higgs está em seu VEV, ele quebra espontaneamente a simetria eletrofraca, ou seja, distingue a interação eletromagnética da interação fraca. Essa quebra de simetria faz com que os bósons W e Z absorvam parte do campo de Higgs, dando-lhes massa. Da mesma forma, quarks e léptons interagem com o campo de Higgs, dando-lhes uma massa proporcional à sua intensidade de interação. Quanto mais forte uma partícula interage com o campo de Higgs, mais massiva ela é.
Como o bóson de Higgs foi descoberto?
O bóson de Higgs é uma partícula muito difícil de detectar experimentalmente, porque tem um tempo de vida muito curto (cerca de 10^-22 segundos) e decai em outras partículas mais leves. Para produzir e observar o bóson
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