Naturalidade, Constante Cosmológica e Higgs

Os físicos começam a suspeitar que algo não vai bem quando os parâmetros de uma teoria possuem valores relativos muito diferentes de 1. Isso não é natural. É claro que não há um meio de quantificar a naturalidade e é apenas uma maneira de expressar a nossa insatisfação com algo que desconhecemos. Um exemplo típico é a constante cosmológica. A expansão acelerada do Universo é causada por um mecanismo ainda desconhecido e que é chamado de energia escura. Uma possível causa para a energia escura seria a presença da constante cosmológica nas equações de Einstein da relatividade geral. Essa constante dá origem a uma expansão acelerada para o Universo. O valor da constante cosmológica determinada pelas experiências é muito pequeno e se o expressarmos em termos de unidades de Planck (onde a velocidade da luz é 1, a constante de Planck é 1, e a constante da gravitação universal de Newton também é 1) o seu valor é 1/10¹²². Esse valor é muito pequeno, muito próximo de zero, e não é natural. Além disso, se calcularmos o valor da constante cosmológica na teoria quântica de campos, levando em conta as flutuações quânticas do vácuo, encontraríamos o valor 1, que é natural. A discrepância entre o valor teórico e o valor experimental é  enorme: 10¹²², talvez a maior discrepância entre teoria e experimento já encontrado na física. Este é o problema da constante cosmológica e que ainda não foi solucionado.

A massa do bóson de Higgs, determinada pelo LHC, é de cerca de 125 GeV, que em unidades de Planck resulta em 1/10¹⁷ que é um número muito pequeno, mas não tão pequeno quanto a constante cosmológica. Porém, se levarmos em conta as flutuações quânticas do vácuo na teoria quântica de campos, o valor que encontramos é 1. Novamente temos um problema de naturalidade. Diferentemente do que acontece com a constante cosmológica, há uma maneira de explicar esse valor pequeno da massa do Higgs: a supersimetria. Nas teorias supersimétricas, que contém tanto bósons (partículas de spin inteiro) quanto férmions (partículas com spin semi-inteiro), ocorre um cancelamento das flutuações quânticas entre bósons e férmions. Isso significa que a massa do Higgs não deve ser 1 mas pode ter qualquer valor. Entretanto, a supersimetria prevê a existência de uma quantidade enorme de outras partículas, que foram procuradas no LHC, e até agora ainda não foram encontradas. Por um lado necessitamos da supersimetria para garantir que a massa do Higgs seja pequena, mas por outro lado, não encontramos partículas supersimétricas! Mais um problema a procura de solução na física. Um artigo publicado hoje no The Guardian comenta o assunto.