Um bóson de Higgs decai nesta colisão registrada pelo detector ATLAS em 18 de maio de 2012.
(Imagem: © ATLAS)
Paul M. Sutter é astrofísico da SUNY Stony Brook e do Flatiron Institute, anfitrião Pergunte a um astronauta e Rádio Espaciale autor de "Seu lugar no universo."Sutter contribuiu com este artigo para Vozes de especialistas do Space.com: artigos de opinião e idéias.
As simetrias na natureza fortalecem nossa compreensão fundamental do cosmos, da universalidade da gravidade à unificação do forças da natureza em altas energias.
Na década de 1970, os físicos descobriram uma simetria potencial que unia todos os tipos de partículas em nosso universo, dos elétrons aos fótons e tudo mais. Essa conexão, conhecida como supersimetria, conta com a estranha propriedade quântica do spin e potencialmente detém a chave para desbloquear um novo entendimento da física.
Simetrias são poder
Durante séculos, as simetrias permitiram aos físicos encontrar conexões subjacentes e relações fundamentais em todo o universo. Quando Isaac Newton primeiro clicou na idéia de que a gravidade que puxa uma maçã de uma árvore é exatamente a mesma força que mantém a lua em órbita ao redor do sol, ele descobriu uma simetria: as leis da gravidade são verdadeiramente universais. Essa percepção permitiu-lhe dar um salto tremendo na compreensão de como a natureza funciona.
Durante o século XIX, os físicos de todo o mundo ficaram intrigados com as estranhas propriedades da eletricidade, magnetismo e radiação. O que causou a corrente elétrica fluir para baixo de um fio? Como um ímã giratório poderia empurrar a mesma corrente? A luz era uma onda ou uma partícula? Décadas de ponderações difíceis culminaram em uma descoberta matemática limpa por James Clerk Maxwell, que unificou todos esses ramos distintos de investigação sob um único conjunto de equações simples: eletromagnetismo.
Albert Einstein também deixou sua marca, levando as idéias de Newton um passo adiante. Tomando como máxima que todas as leis físicas devem ser as mesmas, independentemente da sua posição ou velocidade, ele revelou relatividade especial; as noções de tempo e espaço tiveram que ser reescritas para preservar essa simetria da natureza. E adicionar gravidade a essa mistura o levou a relatividade geral, nosso entendimento moderno dessa força.
Até nossas leis de conservação - a conservação de energia, a conservação do momento e assim por diante - dependem da simetria. O fato de você poder executar um experimento dia após dia e obter o mesmo resultado revela uma simetria no tempo, que através do gênio matemático de Emmy Noether leva à lei da conversa sobre energia. E se você pegar o seu experimento e movê-lo pela sala e ainda assim obter o mesmo resultado, você acabou de descobrir uma simetria no espaço e a correspondente conservação do momento.
Um espelho giratório
No mundo macroscópico, isso resume todas as simetrias que encontramos na natureza. Mas o mundo subatômico é uma história diferente. As partículas fundamentais de nosso universo tenha uma propriedade interessante conhecida como "spin". Foi descoberto pela primeira vez em experimentos que disparavam átomos através de um campo magnético variado, fazendo com que seus caminhos se desviassem exatamente da mesma maneira que uma bola de metal eletricamente giratória.
Mas partículas subatômicas não estão girando, bolas de metal carregadas eletricamente; eles apenas agem como eles em certas experiências. E, diferentemente de seus análogos do mundo normal, as partículas subatômicas não podem ter a quantidade de rotação que desejam. Em vez disso, cada tipo de partícula recebe sua própria quantidade única de rotação.
Por várias razões matemáticas obscuras, algumas partículas como o elétron têm um giro de ½, enquanto outras partículas como o fóton têm um giro de 1. Se você está se perguntando como um fóton pode se comportar como uma bola de metal carregada em rotação, então não se preocupe demais; você é livre para pensar em "spin" como mais uma propriedade de partículas subatômicas que temos de acompanhar, como sua massa e carga. E algumas partículas têm mais dessa propriedade e outras têm menos.
Em geral, existem duas grandes "famílias" de partículas: aquelas com giro de meio inteiro (1/2, 3/2, 5/2, etc.) e aquelas com número inteiro inteiro (0, 1, 2, etc. .) rotação. Os halfsies são chamados de "férmions" e são constituídos pelos blocos de construção do nosso mundo: elétrons, quarks, neutrinos e assim por diante. Os wholsies são chamados de "bósons" e são os portadores das forças da natureza: fótons, glúons e o resto.
À primeira vista, essas duas famílias de partículas não poderiam ser diferentes.
Sinfonia de sparticles
Nos anos 1970, teóricos das cordas começou a olhar criticamente para essa propriedade de rotação e começou a se perguntar se poderia haver simetria da natureza ali. A idéia rapidamente se expandiu para fora da comunidade de cordas e se tornou uma área ativa de pesquisa em física de partículas. Se for verdade, essa "supersimetria" uniria essas duas famílias aparentemente díspares de partículas. Mas como seria essa supersimetria?
A essência básica é que, em supersimetria, todo férmion teria uma "partícula superparceira" (ou "partícula" para abreviar - e os nomes só vão piorar) no mundo dos bósons e vice-versa, com a mesma massa exata e cobrar, mas uma rotação diferente.
Mas se formos procurar as partículas, não encontramos nenhuma. Por exemplo, a partícula do elétron (o "selétron") deve ter a mesma massa e carga que o elétron, mas um giro de 1.
Essa partícula não existe.
Então, de alguma forma, essa simetria deve ser quebrada em nosso universo, elevando as massas das espartículas fora do alcance de nossos coletores de partículas. Existem muitas maneiras diferentes de alcançar a supersimetria, todas prevendo massas diferentes para os selétrons, os quarks de parada, os sneutrinos e todos os demais.
Até o momento, nenhuma evidência de supersimetria foi encontrada e experimentos no Large Hadron Collider descartaram os modelos supersimétricos mais simples. Embora não seja exatamente o último prego no caixão, os teóricos estão coçando a cabeça, imaginando se a supersimetria não é realmente encontrada na natureza e o que deveríamos pensar a seguir se não encontrarmos nada.
- The Universe: Big Bang até agora em 10 etapas fáceis
- Teóricos da 'supergravidade' ganham prêmio de física de US $ 3 milhões
- Misteriosas partículas lançadas na Antártida desafiam a física
Saiba mais ouvindo o episódio "A teoria das cordas vale a pena? (Parte 4: O que precisamos é de um super-herói)" no podcast Ask A Spaceman, disponível em iTunese na Web em http://www.askaspaceman.com. Os comentários são de responsabilidade exclusiva de seus autores e não representam a opinião deste site. ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. pelas perguntas que levaram a esta peça! Faça sua própria pergunta no Twitter usando #AskASpaceman ou seguindo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter. Siga-nos no Twitter @Spacedotcom ou Facebook.
