Nada de Novo Sobre o Higgs

Está chegando ao fim a conferência Reencontres de Moriond. Esperava-se que novidades sobre o Higgs fossem apresentadas. Como comentado num post anterior, a taxa de decaimento do Higgs em dois fótons era ligeiramente maior do que aquele predito pelo modelo padrão das partículas elementares. O erro experimental, porém, era grande e mais dados seriam necessários para confirmar a descoberta. Se esse sinal fosse confirmado indicaria em que direção o modelo padrão deveria ser modificado para explicar esse comportamento anômalo. Essa era a grande expectativa! Nesta semana, entretanto, em Moriond, o experimento ATLAS  anunciou que os erros da medida dessa taxa de decaimento diminuíram bastante mas o sinal também diminuiu de forma que o Higgs apresenta todas as propriedades preditas pelo modelo padrão. Outro grupo experimental, o CMS, também fez as mesmas medidas mas ainda não concluiu a análise dos dados. Talvez façam algum anúncio a partir da próxima semana. Só resta esperar...

Queda do meteoro na Rússia

Um meteoro que caiu hoje ao amanhecer na Rússia e foi filmado de forma espetacular por diversas câmeras  Há vários vídeos na internet. Um  dos mais interessantes é o que está ao lado e contém trechos de vários vídeos. Depois de alguns minutos a onda de choque  chega ao solo produzindo uma enorme explosão assustando muita gente e ferindo cerca de 400 pessoas, principalmente devido a ferimentos produzido pelos vidros quebrados. A explosão foi registrada no vídeo seguinte.

A bola de fogo inicial foi causada pelo calor gerado pela pressão dos gases da atmosfera sobre o meteoro. O meteoro esquenta o ar a sua volta que começa a brilhar. A medida que o meteoro cai o ar quente o aquece  e ele vai se esquentando de forma desigual, com um lado muito mais quente que o outro, fazendo com que ela exploda em vários pedaços já na parte baixa da atmosfera. Não é o som dessa explosão que é ouvida no vídeo. O que acontece é que usualmente os meteoros chegam com velocidades próximas a 10 Km/s, superior à velocidade do som. Isso gera uma rápida compressão do ar na frente do meteoro dando origem a uma onda de choque que demora cerca de dois minutos e meio para chegar à superfície da Terra. É o mesmo fenômeno que ocorre quando aviões supersônicos passam  por nós e produzem uma explosão depois que já passaram. É essa onda de choque que é ouvida no vídeo. Os pedaços do meteoro que sobrevivem chegam ao solo e tornam-se meteoritos. São os sobreviventes do meteoro original. Meteoros desse tipo costumam cair uma vez a cada dez anos. E esse, em particular, não tem nenhuma conexão com o asteroide que vai passar perto da Terra ainda hoje.

O Higgs gera a massa de tudo?

Higgs no CMS

Essa é uma pergunta que tem sido feita frequentemente depois da sensacional descoberta do Higgs. Para poder compreender o que acontece é necessário irmos devagar e entender vários aspectos importantes.

Primeiro é necessário compreender o que é massa. Na física Newtoniana estamos acostumados com a massa inercial que é uma medida de como um corpo responde quando uma força atua sobre ele. A segunda Lei de Newton nos diz que  a = F/m de forma que se aplicarmos a mesma força em dois corpos, aquele que tiver massa menor terá mais aceleração do que o corpo com massa maior. Usualmente usamos a força da gravitação para medir a massa quando colocamos o corpo sobre uma balança. Já na relatividade restrita massa é apenas uma forma de energia. Quando um corpo de massa m está parado ele possui energia de repouso dado por E = mc². Se ele estiver em movimento sua energia aumenta e vai depender da velocidade do corpo. Portanto, se conhecermos a energia de uma partícula parada sabemos a sua massa. Existem partículas de massa nula, como o fóton e os glúons, que movem-se sempre com a velocidade da luz. Não é possível para-las para medir sua massa. A massa delas é sempre zero.

O segundo conceito importante é o de campo. Estamos acostumados, por exemplo, com as linhas de campo magnéticos produzido por um imã como na figura ao lado. O campo magnético é sempre tangente as linhas de campo. Porém, quando a mecânica quântica é combinada com a relatividade restrita aprendemos que devemos associar um campo a toda partícula elementar. Por exemplo, existe um campo chamado campos de Dirac que permeia todo o universo. Quando esse campo recebe energia suficiente para ser excitado ele cria uma partícula associada a esse campo, que pode ser um elétron ou um pósitron (a anti-partícula do elétron). O campo eletromagnético cria partículas chamadas fótons que são as partículas de luz. O campo de quarks gera os quarks e assim por diante. A noção de campo é extremamente importante pois explica porque todos os elétrons são iguais, não importa se ele foram criados aqui no Brasil, no Japão, na Lua ou em alguma estrela distante. Todos são exatamente iguais porque são excitações do mesmo campo de Dirac. O mesmo raciocínio vale para o fóton, quarks e naturalmente para o Higgs. Portanto, quando se fala na partícula de Higgs devemos ter em mente que existe um campo de Higgs que quando excitado (como aconteceu no LHC) gera a partícula de Higgs.

Sabemos que uma partícula eletricamente carregada sente uma força quando colocada num campo elétrico, como na figura ao lado, e dizemos que há uma interação entre eles. Na linguagem de campos afirmamos que o campo de Dirac interage com o campo eletromagnético. Dessa maneira, os elétrons podem ganhar ou perder energia ao interagir com o campo eletromagnético.  Elétrons e prótons são partículas eletricamente carregadas que geram um campo eletromagnético e interagem entre si, podendo formar átomos de hidrogênio. Da mesma forma, o campo de quarks interage com o campo de glúons e podem formar um próton ou um nêutron. Essas interações entre campos e descrito por uma teoria quântica de campos. O modelo padrão das partículas elementares, que previu a existência do Higgs, é uma teoria quântica de campos.

Acontece que o campo de Higgs interage com os elétrons, os quarks, as partículas W e Z além de outras partículas de uma forma bastante peculiar. Ela transfere a energia do campo de Higgs para essas partículas na forma de massa. Lembre-se que massa é apenas uma forma de energia. Essas partículas elementares seriam partículas sem massa se o Higgs não existisse mas na presença do Higgs tornam-se massivas. As massas geradas dependem de como as partículas interagem com o Higgs e em geral são diferentes entre si. O modelo padrão das partículas elementares conseguiu, por exemplo, prever a massa dos W e Z antes de serem descobertos.

Poderíamos imaginar que como o Higgs gera massa para elétrons e quarks e como os quarks formam prótons e nêutrons, que por sua vez se combinam com os elétrons para formar átomos, então o Higgs geraria massa para tudo. Isso não é verdade. Num próton ou num nêutron, que são compostos por quarks interagindo com glúons, 99% da massa de um próton ou nêutron é gerado pela energia cinética dos quarks mais a energia de interação entre quarks e glúons. Lembre-se do início deste post, massa é uma forma de energia! A contribuição do Higgs para a massa de um átomo é de apenas cerca de 1%. Mas ele pode ser responsável por grande parte da matéria escura... que é outra história.

Inversão Temporal Detectada Diretamente

A inversão (ou reversão) temporal T é uma das características que distingue a força fraca das outras forças fundamentais, junto com a violação da simetria de conjugação de carga C e da paridade (ou reversão espacial) P. A violação CP foi detectada e confirmada inúmeras vezes. Uma consequência do teorema CPT, que garante que a conservação do produto das três operações, é que a violação de CP implica na violação de T. Esta última, entretanto, é muito mais difícil de ser observada. Usando o emaranhamento quântico dos mésons B uma equipe do SLAC conseguiu detectar a violação T. Apesar do acelerador do SLAC estar fora de operação há alguns anos, continua a produzir física de alta qualidade.

Cadê a Susy?

O LHCb, um dos cinco detectores do Large Hadron Collider, acabou de anunciar o resultado da coleta de dados do decaimento de méson Bs (mésons compostos de um anti-quark bottom e um quark strange) num par de múons. Esse decaimento é extremamente raro, três eventos a cada bilhão de decaimentos, mas foi finalmente observado depois de 30 anos de pesquisa.  As medidas são compatíveis com as previsões do modelo padrão das partículas elementares e esse é o problema. A descoberta de uma taxa de decaimento diferente daquele antecipado pelo modelo padrão seria um sinal claro de que algo além do modelo padrão estaria se manifestando. Muitos esperavam encontrar um sinal da supersimetria nesses dados e isso não aconteceu. A consequência é uma guerra na mídia entre os que apoiam a supersimetria e aquelas que a detestam. Veja a BBC, New Scientist e alguns blogs. É claro que ainda é muito cedo para descartar a supersimetria mas o espaço para ela está diminuindo como era esperado com o anúncio de novos dados experimentais. Além disso, é necessário aguardar a confirmação dessa descoberta pelo CMS, o que deverá ocorrer dentro de alguns meses.